特種探頭拉曼光譜檢測系統
拉曼光譜是物質的指紋譜，通過拉曼光譜可以獲取物質的聲子譜、電- 聲相互作用、晶格振動非簡諧信息，測量物質融化曲線及固/ 液相變、結構、組成、狀態等。常規的顯微拉曼只能用于實驗室測試，無法滿足在線測試需求。北京卓立漢光儀器有限公司結合多年的拉曼光譜儀研制經驗開發出特種光纖探頭拉曼解決方案，可以用于特殊場景的在線分析。
性能優勢
- 可滿足高溫高壓實驗環境下測試需求
- 可滿足固、液、氣等多種類型的樣品侵入式測試需求
- 光纖結構，系統穩定耐用
系統方案與配置
| 激光器 | 532nm，100mw | 785nm，350mw |
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光譜儀 | VPH 透射光柵光譜儀 拉曼頻移：200-4000cm-1； 光譜分辨率：優于 10cm-1 | VPH 透射光柵光譜儀 拉曼頻移：350-2400cm-1 光譜分辨率：優于 10cm-1 |
| CCD 探測器 | 具有高像元分辨率的 CCD 芯片，分辨率 2000*256 可見近紅外拉曼專用 CCD，深制冷溫度至 -60℃，讀出噪聲<5 電子 / 像元 | |
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特種探頭 | 工作距離：3 mm 和 7 mm 可選，其他可定制工作溫度：0-325℃，可定制 壓力：6000psi | |
配置信息
光譜儀| 型號 | Omni-iSpecT532A1 | Omni-iSpecT785A1 |
| 拉曼頻移波長寬度 | 0-4100cm-1 /532-680nm | -200-2400cm-1/770-965nm |
| F/# | F/1.8 | F/2.3 |
| 焦距（入射 / 出射） | 85/85mm | 100/100mm |
| 光柵 | 1800l/mm VPH | 1200l/mm VPH |
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CCD 相機 | 背感光深耗盡 CCD 有效像素 2000×256 像素尺寸 15um 探測面尺寸 30×3.8mm | 背感光深耗盡 CCD 有效像素 2000×256 像素尺寸 15um 探測面尺寸 30×3.8mm |
| 可調入射狹縫 | 10um-6mm | 10um-6mm |
| 分辨率（典型值） @50um 狹縫 | 0.17nm 5cm-1@585nm，7cm-1 保證值 | 0.25nm 3cm-1@912nm，5cm-1 保證值 |
| 光纖適配器 | XY 可調光纖適配器 光纖接口：SMA，10mm 圓柱 | XY 可調光纖適配器 光纖接口：SMA/ MPO/10mm 圓柱 |
| 快門 | 選配 | 選配 |
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內置長波通濾光片 | 選配 直徑 50mm， 波數 186cm-1 | 選配 直徑 50mm， 波數 309cm-1 |
| 重量 | 5kg | 5.8kg |
特種探頭
| 探頭 |  |  |
| 激發波長 | 405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm. 其 他 可 選 | |
| 光譜范圍 | 100-4000 cm-1 @ 標準 ( 不同激光器范圍不同 ) | |
| 樣品端光斑大小 | ~100 um @ 100 um 芯徑激發光纖 | |
| 工作距離 | 9mm/3mm@ 標準；12,15,18mm 可選 | |
| 數值孔徑 | 0.22 @ 標準 | |
| 探頭尺寸 | 2.25” 長 x 0.96”寬 x 0.58”高 | 1.3” 直徑 x 4.5”長 |
| 探頭材質 | 超硬氧化鋁，316 不銹鋼；可根據需求定制 | |
| 探頭柄尺寸 | 3/8” 直徑 x 3” 長度 | 3/8” 直 徑 x 2” 長 度 |
| 可根據需求定制 | ||
| 探頭密封閥 | 丁腈橡膠密封環，其他可定制 | |
| 探頭密封材質 | 全氟醚橡膠密封環，可根據需求定制 | |
| 濾光片效率 | O.D >6 | |
| 操作溫度 | 0-325 ? C | |
| 操作壓力 | 6000 psi | |
| 光纖配置 | 100/100 um 標準配置，其他可選 | |
| 光纖長度 | 5m@ 標準；可根據需求定制 | |
| 接口類型 | FC 或者 SMA | |
| 其他 | 可定制 | |
探測器
| 有效像素 | 2000 x 256 |
| 像元尺寸 | 15 x 15 μm |
| 最短光學門寬 | 30 x 3.8 mm |
| 讀出噪聲 | 4.5 e- |
| 響應范圍 | 200-1100nm |
應用分享
氣體在線分析Casella A [1] 采用特種探頭拉曼技術對二氧化钚廢氣流動進行在線監測，用于評估制備鈾、钚等高純金屬時的氟化反應進程。目前的氟化反應使用具有毒性和腐蝕性的HF，很大程度限制了探針和接口材料的選擇。下圖為實時監測氟化反應廢氣裝置示意圖，采用光纖探頭拉曼，激光通過阻擋HF 氣體的透明窗口聚焦監測。此外該系統可以用于監測其它反應產物和環境中的氣體等。
圖 光纖拉曼在線監測結構圖
圖 不同參數下的拉曼光譜圖
圖 反應氣體的拉曼光譜強度- 時間關系圖和熱刨面圖
化學蝕變過程監控
Parruzot B[2] 等人采用光纖探頭拉曼光譜技術原位監測玻璃蝕變過程，實驗時不銹鋼密封的光纖拉曼探頭需浸泡在恒溫硼酸/ 硼酸鹽溶液中，拉曼光譜監測溶液的pH 值和硼酸濃度變化，構建預測模型。通過光纖拉曼原位在線檢測，可以實現近實時定量分析，也避免了環境實驗干擾，如蒸發、SA/V 變化、污染物、溫度等因素。
圖 實驗裝置（中）和溶液pH 值、硼酸濃度的拉曼光譜圖（左、右）
圖 拉曼光譜模型圖，DI（超純水溶劑，A-D）SB（加硼酸鹽溶劑,E-H），A,B,E,F 是拉曼光譜與時間三維圖；
C,G 是硼酸濃度模型圖；D,H 是PH 值模型圖
化學蝕變過程監控
Lu W [3] 等人應用光纖拉曼原位監測微芯片反應器中金屬- 有機物Co-MOF-74 生長過程，實驗時FIR 和WAVS 提供物質的原子坐標和晶格信息，拉曼和MIR 提供分子結構信息并獲得成核生長曲線。
圖 MOF 拉曼光譜隨時間變化曲線，采用平面波密度泛函理論計算
引用文獻
[1] Casella A, Carter J, Lines A, et al. In stream monitoring of off-gasses from plutonium dioxide fluorination[J]. Actinide Research Quarterly,2019: 31-35.
[2] Parruzot B, Ryan J V, Lines A M, et al. Method for the in situ measurement of pH and alteration extent for aluminoborosilicate glasses using Raman spectroscopy[J]. Analytical chemistry, 2018, 90(20): 11812-11819.
[3] Lu W, Zhang E, Qian J, et al. Probing growth of metal–organic frameworks with X-ray scattering and vibrational spectroscopy[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2022.
