Przewaga klasycznego spektrometru Ramana czyli siatkowego, dyspersyjnego nad przystawką ramanowską FT-Raman

Transkrypt

1 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.

2 Stosowany przez Jasco laser bliskiej podczerwieni o wysokiej mocy (sygnał wyjściowy 785 nm ) jest w spektroskopii Raman doskonałym źródłem pobudzającym dla większości materiałów fluoroscencyjnych.

3 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 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 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.

4 Porównanie nasilenia długości fal dostępnych w mikroskopach Jasco Raman i fal używanych w systemach FT-Raman. Paski wskazują typowe zakresy widma.

5 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.

6 Diagram pokazujący wpływ liczby 4 na efektywność/wydajność rozproszenia Raman przy różnej długości fal. Wydajności 1 odpowiada natężenie pobudzenie m.

7 Porównanie działania ---NRS i --- FT-Raman--- Opis Mikroskop Jasco FT-Raman Raman NRS-3000 Zakres długości fal 10cm cm-1 (w 50cm cm-1 (stałe) zależności od konfiguracji) Opcje lasera Od 244nm do 785nm m (w przypadku ponad 99% systemów) Detektor Si CCD Ge, InGaAs Ograniczenia szumu Szum Shotky ego Szum detektora Czułość detektora Doskonała, możliwość wyboru detektora CCD Niska, najlepsze w przedziale od 0,8 m do 1,6 m Podwyższona temperatura Nawet powyżej 1000º Temperatura zaporowa: 250ºC Próbki zawierające wodę Nie stanowi to problemu, woda może być Trudności; wysoka absorpcja światła lasera i Raman wykorzystywana jako rozpuszczalnik Czarne próbki Nie stanowi to problemu Wysoka emisja cieplna Rezolucja przestrzenna Poniżej 1 (w zależności od Powyżej 5 m mikroskopu konfiguracji) Rezolucja spektrum Ok. 1cm-1 (w zależności od 0.5cm-1 konfiguracji) Zapobieganie Dobre przy 785nm Optymalne przy m fluorescencyjności Obraz Raman Wzmocnienie/ulepszenie rozproszenia v4 (785nm względem 1064nm) Sekwencyjny obraz punktowy, obraz liniowy, obraz Raman x3.5 x1 Wyłącznie sekwencyjny obraz punktowy (bardzo niska dostępność)