Porównanie Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli

Porównanie
Przewaga klasycznego spektrometru Ramana
czyli siatkowego, dyspersyjnego
nad przystawką ramanowską FT-Raman
Spektroskopia FT-Raman
Spektroskopia FT-Raman jest dostępna od 1987 roku. Systemy komercyjne
wykorzystują laser Nd: YAG (1.064 m) z interferometrem bliskiej podczerwieni
połączonym z detektorem germanowym Ge (chłodzonym ciekłym azotem ) lub z
detektorem InGaAs (ind-gal-arsen).
FT-Raman miał do niedawna nad Ramanem klasycznym przewagę w trzech
zasadniczych punktach:
 redukcja liczby próbek wykazujących fluorescencję spowodowaną użyciem lasera
 łatwość zastosowania w spektrofotometrach FT-IR
 wysoką czytelność widma z dużą dokładnością pomiaru długości fal
Spektroskopia Ramana
Spektroskopia Ramana przy użyciu
klasycznego,
siatkowego
spektrometru
została zrewolucjonizowana w Japonii w
latach dziewięćdziesiątych. Firma Jasco
zaprojektowała system siatkowy Raman do
komercyjnego użytku poprzez połączenie
detektora zakresu CCD z jednosiatkowym
spektrografem.
Systemy takie, jak FT-Raman używają
filtrów
zapobiegających
stłumieniu
dominującego
rozproszenia
rayleighowskiego; to niestety osłabia poziom
detekcji wykrywanego rozproszenia Ramana.
.
Stosowany przez Jasco laser bliskiej podczerwieni o wysokiej mocy (sygnał wyjściowy 785 nm )
jest w spektroskopii Raman doskonałym źródłem pobudzającym dla większości materiałów
fluoroscencyjnych
Zalety NRS-3000
Mikroskopy Ramana serii NRS-3000 firmy Jasco są połączeniem jednosiatkowych
spektrografów z mikroskopem optycznym. Ta technologia umożliwia znaczną przewagę
nad metodami FT-Raman, w tym:
 W mikroskopach Raman firmy Jasco mogą być zastosowane diodowe lasery
podczerwieni (wzbudzenie 785 nm). Umożliwia to znaczne przezwyciężenie
problemu fluorescencyjności próbek (chociaż małe zestawy związków mogą być
łatwiejsze do zmierzenia przy zastosowaniu pobudzenia 1.064 m)
 W mikroskopach Jasco Raman wykorzystywany jest wielokanałowy detektor CCD o
wyjątkowo niskim szumie własnym, właściwym takim detektorom oraz o wyjątkowo
wysokiej wydajności kwantowej. Detektory FT-Raman ma stosunkowo duży szum,
podczas gdy dyspersyjny Raman jest ograniczony tylko przez szum Shotkiego.
Raman rozproszony ma więc dużo wyższą czułość (w przybliżeniu x100) i znacznie
niższą granicę detekcji niż FT-Raman.
 Krótsze fale laserów podczerwonych determinują wyższy poziom sygnału.
Przykładowo, laser 785 nm jest 3,5 razy bardziej czuły niż laser Ft-Raman o
parametrach 1.064 m (ze względu na zależność efektywności rozproszenia 4).
Przez
mikroskop
Ramana
można
demonstrować
wykazują
czułość
jednopoziomową, czego nie można zaobserwować w przypadku analogicznego
sprzętu FT-Raman.
 Czas pomiaru i akwizycji danych zostaje znacznie skrócony dzięki wysokiej czułości
i wydajności mikroskopów Jasco Raman w porównaniu do technologii FT-Raman.
Dzięki temu mogą być zastosowane lasery o znacznie słabszej mocy (od 1/10 do
1/100), z oczywistą korzyścią dla czułych na światło próbek.
 Mikroskopy Raman umożliwiają pracę z różną długością fal na jednym
instrumencie, od fal ultrafioletowych rzędu 244nm do podczerwieni 785nm;
zwiększa to oczywiście możliwości zastosowania urządzenia.
Porównanie nasilenia długości fal dostępnych w mikroskopach Jasco Raman i fal
używanych w systemach FT-Raman. Paski wskazują typowe zakresy widma.
Wady FT-Raman
Trzy podstawowe niedoskonałości systemów FT-Raman:
 wodna faza próbki – próbki mogą silnie absorbować promieniowanie lasera i
rozproszone światło Ramana
 próbki o podwyższonej temperaturze – powyżej 250ºC intensywna emisja ciała
czarnego może powodować zakłócenia sygnału ramanowskiego
 czarne próbki – takie próbki mogą silnie absorbować promieniowanie, ulec
podgrzaniu, powodować szkodliwą emisję, a nawet ulec uszkodzeniu
Dla kontrastu: wykorzystując laser o parametrach 785nm, mikroskopy Jasco Raman
radzą sobie z wszystkimi tymi problemami. Woda ponownie może zostać wykorzystywana
jako idealny rozpuszczalnik w badaniach ramanowskich; systemy dynamicznych reakcji
mogą być badane powyżej temperatury 250ºC; nie dostarcza też problemu badanie
próbek czarnych.
Rozdzielczość spektrometrów Ramana serii NRS-3000:
Serie NRS-3000 dostarczają rozdzielczości/czytelności 1cm-1 w podczerwieni, a
badawczy mikroskop optyczny dostarcza szerokiej, przestrzennej rezolucji lepszej niż
1 m, a więc dużo lepszej niż uzyskiwane w komercyjnie wykorzystywanych mikroskopach
FT-Raman (gdzie typowa rezolucja wynosi mniej niż 5 m). Szyfrowane stadium siatki
dyfrakcyjnej jest wyższa niż 1 cm-1 przy każdej długości fal w podczerwieni.
Zalety NRS-3000
System NRS-3000 są zatem szybsze, czulsze i dostarczają lepszej przestrzennej
czytelności/rezolucji niż systemy FT-Raman – wszystko to w niższej cenie.
Diagram pokazujący wpływ liczby 4 na efektywność/wydajność rozproszenia Raman przy
różnej długości fal. Wydajności 1 odpowiada natężenie pobudzenie 1.064 m.
Porównanie działania
Opis
Zakres długości fal
Opcje lasera
Detektor
Ograniczenia szumu
Czułość detektora
Podwyższona temperatura
Próbki zawierające wodę
Czarne próbki
Rezolucja przestrzenna
mikroskopu
Rezolucja spektrum
Zapobieganie
fluorescencyjności
Obraz Raman
Wzmocnienie/ulepszenie
rozproszenia v4 (785nm
względem 1064nm)
---NRS-3000 ---
Mikroskop Jasco
Raman NRS-3000
10cm-1 – 8000cm-1 (w
zależności od konfiguracji)
Od 244nm do 785nm
Si CCD
Szum Shotky’ego
Doskonała, możliwość
wyboru detektora CCD
Nawet powyżej 1000º
Nie stanowi to problemu,
woda może być
wykorzystywana jako
rozpuszczalnik
Nie stanowi to problemu
Poniżej 1 (w zależności od
konfiguracji)
Ok. 1cm-1 (w zależności od
konfiguracji)
Dobre przy 785nm
Sekwencyjny obraz
punktowy, obraz liniowy,
obraz Raman
x3.5
i
--- FT-Raman---
FT-Raman
50cm-1 – 3650cm-1 (stałe)
1.064 m (w przypadku ponad
99% systemów)
Ge, InGaAs
Szum detektora
Niska, najlepsze w przedziale
od 0,8 m do 1,6 m
Temperatura zaporowa:
250ºC
Trudności; wysoka absorpcja
światła lasera i Raman
Wysoka emisja cieplna
Powyżej 5 m
0.5cm-1
Optymalne przy 1.064 m
Wyłącznie sekwencyjny obraz
punktowy (bardzo niska
dostępność)
x1