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Finder 930系列全自动化拉曼光谱分析系统

从2003 年步入拉曼光谱领域至今,卓立汉光的技术实力不断沉淀,拉曼产品也在推陈出新, 公司产品在材料、地质、生物、化学、医药、食品、刑侦等领域得到了十分广泛的应用。经过与不同行业不同客户的长期探讨,我们推出了全新一代的Finder 930 拉曼测量系统,旨在打造一台属于国人自己的高性能、高稳定性、高性价比的高端国产激光共聚焦拉曼光谱仪。我们汲取了前几代产品的成功经验,对Finder 930 的硬件和软件上进行了全方位升级
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产品概述


拉曼光谱基本介绍

拉曼光谱是一种散射光谱,拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射效应,通过分析与入射光频率(波长) 不同的散射光,从而获得物质信息的分子光谱技术。当一束单色光λ_laser 照射样品时,样品分子会使入射光发生散射。大部分散射光只是改变了运动方向,而光的频率(波长)相较入射光未发生变化, 这种散射被称为瑞利散射,属于弹性散射;少部分散射光不仅传播方向发生了改变,而且光的频率(波长)也发生了改变,这种散射被称为拉曼散射,属于非弹性散射。其中散射光频率小于入射光的拉曼散射被称为斯托克斯散射,而频率大于入射光的拉曼散射被称为反斯托克斯散射,这两者对称地分布于瑞利散射两侧。

拉曼光谱的优势

拉曼光谱分析方法
 
 
 

各种样品的mapping 结果
 

产品概述

从2003 年步入拉曼光谱领域至今,卓立汉光的技术实力不断沉淀,拉曼产品也在推陈出新, 公司产品在材料、地质、生物、化学、医药、食品、刑侦等领域得到了十分广泛的应用。经过与不同行业不同客户的长期探讨,我们推出了全新一代的Finder 930 拉曼测量系统,旨在打造一台属于国人自己的高性能、高稳定性、高性价比的高端国产激光共聚焦拉曼光谱仪。我们汲取了前几代产品的成功经验,对Finder 930 的硬件和软件上进行了全方位升级:

  • 成像质量更加优秀,波长重复性和准确性更高,让您的实验数据更加可靠。
  • 光路自动校正不仅使设备更加智能,操作更加简单,也让设备稳定性大幅提升,开机即用, 无需专人维护。
  • mapping、拉曼mapping、荧光寿命成像、高光谱数据处理, 简单易用,让您的数据分析更加方便快捷。
  • Finder 930,是一台具有高性能, 高可靠性,高智能化的通用型分析仪器,为您的研究保驾护航。

系统结构
系统特点

极高的共焦性能

当一个点光源(通常是激光)通过物镜聚焦在样品上,这一点所成的像通过探测针孔被探测器所检测,此时照明针孔和探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的,即为共聚焦。在共聚焦显微系统中,只有被照明样品的散射光信号才会被接受,这就保证了横向空间分辨率;而位于光源照明区域内,但不在焦平面上的样品信号会由于离焦而被探测针孔(空间滤波器)强烈地衰减,这也就保证了纵向空间分辨率。因此, 当我们将样品沿着激光入射的方向上下移动时, 可以将激光聚焦于样品的不同层,以实现对样品的剖层分析。共聚焦的另外一个优点是对于透明,半透明样品,或者有较强荧光和黑体辐射背景的样品来说,有较好的背景抑制的功能。
上图为小鼠的心脏切片样品,可以看到在宽场成像(A)中,离焦光线会显著地降低图像的分辨率和对比度;但是在共聚焦成像系统(B)中,利用针孔去除非聚焦光线,因此可以形成对比度和分辨率更高的图像。

图片引用:Price R L ,Jerome W G J . Basic Confocal Microscopy[M]. Springer New York, 2011.
 

极佳的系统稳定性

在一个有众多光学元件的光学系统里面,光学元件调节架的温漂,光路切换的重复性等问题,直接影响系统的稳定性,反映到显微共聚焦拉曼光谱系统上最直观的现象就是激光光斑的漂移。而激光光斑的漂移会带来诸多问题,最直接的影响就是共聚焦性能的降低以及系统灵敏度的下降,其次光斑漂移会对偏振等对光路准直性要求极高的实验带来影响,因此保证系统的稳定性是设计一切光学系统的首要问题。

  1. 温度湿度对稳定性的影响

在光学系统中,光路越长,反射镜越多,那么光学调整架由于温度湿度影响而产生的漂移量就越大,激光光斑的漂移就会越严重。从共聚焦原理可以看到,共聚焦就是要把激光光斑成像到针孔上,激光光斑漂移就意味着针孔上的光斑像漂移,因此通光量就会显著下降。为了避免信号强度受到影响,因此只能把针孔变大,进而影响共聚焦性能。为了解决这个问题,Finder930 采用了激光器内置的设计,最大程度减小光路长度,同时采用受温度湿度影响形变最小的航空铝材设计制作光学元件调整架。

时间稳定性实验测试曲线:

  1.  光路切换对稳定性的影响

当共聚焦拉曼系统为了满足不同的实验需求配置多路激光器时,就需要进行激光器和滤光片的切换,因切换过程对定位精度和重复定位精度都有很高的要求,因此一般采用电动切换。Finder 930 在设计初期, 便巧妙地将多个波长的激光器通过二向色镜进行合束并固化,在更换激光器波长时, 软件会自动控制激光器的开关,并自动切换到响应的滤光片。以上的设计,保证了系统可以长期(数月)稳定工作,而不需要经常调整光路。

温度稳定性实验测试曲线:

注:该曲线为实验室测试数据,环境温度22±2℃  

极佳的光谱成像能力

从前面的原理介绍得知,拉曼光谱是用来表征物质化学成分以及研究分子性质如应力,极性,及晶体质量等属性的一种工具。而拉曼mapping 或者叫拉曼成像就是将研究的对象可视化的一种手段。用户可以直接从Mapping 图像上得到如化学成分的空间分布,非常直观。

既然是Mapping 是显微图像的一种,那么Mapping 就必须有显微图像应该具备的特点,即就是空间分辨率和成像速度。

1.空间分辨率

空间分辨率分为横向(XY 平面)和纵向(Z)两个指标,横向分辨率主要受物镜NA,激光器波长,共焦针孔的尺寸以及激光器光斑质量的影响,而纵向分辨率也就是我们讲的共聚焦性能,除了上面几个因素外, 还跟系统的优化设计有极大的关系。经过优化过后的Finder930,可以在100X,0.9NA 物镜,532nm 激光测试条件下,达到横向空间分辨率0.5m,纵向空间分辨率1.79m。而我们的所有Mapping 均可以在共聚焦情况下完成,因此保证了mapping 结果的空间分辨率。

 2.成像速度

Mapping 成像速度是另外一个重要的参数,主要取决 于系统的灵敏度,电动台的精度以及软件的处理能力。 灵敏度要够高,单光谱的采集时间才可以更短,才能 从本质上提升 Mapping 速度,而电动台的高精度主要 是防止图像畸变,软件的 Mapping 逻辑是为了提升 Mapping 速度,做到边走边采的同步功能,软件的实 时处理能力比如噪声抑制,背景扣除等功能,可以从 弱信号复杂信号当中把拉曼光谱提取出来实时显示。

2.1系统灵敏度:镀银反射镜,可升级宽谱介质膜; 光谱仪可做镀银升级;F/4.2 通光口径;CCD 采用 深制冷,背照式深耗尽芯片,峰值量子效率 >90%; 1.48MHz 读出速度,可实现一秒钟 100 张以上光谱采 集速度

2.2Mapping 采集图像时,电动位移台先从原点移动 至采集目标区域零点,然后依照程序设计进行逐点逐 行扫描,扫描结束后,电动位移台回到扫描区域的中 心点。此时可以对采集到光谱进行数据处理,得到理 想的拉曼 Mapping 图像。

软件数据分析(Visual Spectra)

具有强大的数据分析软件,可以对 Mapping 数据进行去基线、平滑等预处理,之后根据需求可以通过信号强度的 积分、平均值、大值等模式进行成像;此外,还可以对单峰及多峰进行数据拟合。对于输出的图像,可以进行 色表匹配等美化处理。

光谱 Mapping 数据处理 可以对单点(全图)数据进行预处理,包括去除“宇宙射线”、光谱基底,平滑光谱曲线等

配件:

物镜

型号及描述

SLMPLN20X:长工作距离物镜,NA 值0.25,工作距离25mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;

SLMPLN50X:长工作距离物镜,NA 值0.35,工作距离18mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;

SLMPLN100X:长工作距离物镜,NA 值0.6,工作距离7.6mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;

LMU-15X-NUV:紫外物镜,波段325-500nm,NA0.3,工作距离8.6mm,螺纹规格RMS,齐焦距离39.1mm;

LMU-40X-NUV:紫外物镜,波段325-500nm,NA0.47,工作距离0.8mm,螺纹规格RMS,齐焦距离34.5mm;

LMPLN10XIR:红外物镜,波段700-1300nm,NA 值0.3,工作距离18mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;

LCPLN50XIR:红外物镜,波段700-1300nm,NA 值0.65,工作距离4.5mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;

LCPLN100XIR:红外物镜,波段700-1300nm,NA 值0.85,工作距离1.2mm,螺纹规格RMS,齐焦距离45mm;
 

电化学附件

能与各式拉曼和红外光谱仪(反射式)配套进行原位条件下的光谱测试,广泛应用于化学、材料及相关领域,特别适合于电化学基础研究。本装置属研究型, 可依据需要进行功能扩展。

主要特点:

• 拉曼、红外兼容;
• 可通气体;
• 不同窗口可选
• 最小焦距1mm;
 

载物台

  • 75x50 行程,控制手柄
  • 3m 定位精度,最小步进50nm;
  • 2D Raman/PL Mapping
  • 最大承重1kg;

高压腔

热液金刚石压腔是一种新型的金刚石压腔装置,能在显微镜下观察高温高压或低温高压水体系的相变实验。它利用两个金刚石砧使处于金刚石砧中部的铼样品室垫圈压缩密封产生高达3 到5 个GPa 的高压。由碳化钨支座、钼加热炉丝、陶瓷粘合剂、热电隅及摇台组成的加热组件提供高达1000℃ 的温度。配合显微镜或激光拉曼可以观察相变过程,测量反应物的组成变化。可以用于甲烷水合物实验、H2O 冰的高压相实验、花岗岩熔融实验、岩石矿物组合熔融实验研究和可燃有机岩、石油、蒙脱石及岩石热解实验、矿物中包裹体研究。

  • 温度范围:室温到1000℃;
  • 温度精度:+/- 0.1℃;
  • 加热速率:0.1 到150℃ /min;
  • 压力范围:大气压到3GPa(标配);
  • 低温范围:到-100℃(特殊需求);
     

变温台

  • 温度范围: -190℃~ 600℃;
  • 温度分辨率:0.01℃;
  • 温度稳定性:±0.05℃(>25℃)±0.1℃(<25℃);
  • 最大加热速度:+150℃ /min;
  • 最大制冷速度:-50℃ /min
  • 最小物镜距离:5 mm;

原位光谱拉伸装置

是一款可应用于样品拉伸条件下的红外、紫外、荧光研究的测试装置。原位红外、紫外、荧光拉伸装置根据材料所需要的拉伸作用而设计,配合相应光谱仪的结构空间需求, 能够实现样品的拉伸测试要求;其结构设计上则充分考虑了实验室条件下红外、紫外、荧光测试需求,设置了相应的窗口,保证光线的透射和90°方向荧光出射探测。

• 位移拉伸量调节范围:0.1-20mm;
• 拉力调节范围:1-100N,精度约满量程的±0.3%;
• 其他拉力范围可选;
 

Finder 930系列全自动化拉曼光谱分析系统系统技术规格

激光波长(nm)

标配532nm,选配638nm、785nm

激光功率(mW)

>60(532nm),>25(638nm),>50(785nm)

拉曼频移范围(cm-1)

80-9000@532nm,80-6000@638nm,80-3200@785nm

显微镜

正置显微镜

样品台

标配:手动,行程102*105mm

选配:电动位移台,行程75*50mm

物镜

10x,50x,100x,50x 长焦,半复消色差

落射式照明

卤素灯

光谱仪

320 mm 焦长,Czerny-Turner 式

光谱CCD

2000x256 像素,背照式深耗尽芯片,QE>90%,可见近红外专用

光栅配置

1800g/500nm blazed

600g/500nm blazed

150g/500nm blazed

光谱分辨率

< 1.5cm-1

信噪比

> 30:1

空间分辨率(针孔50μm,532nm 激发)

纵向分辨率:< 2μm

横向分辨率:< 500nm