手册

将拉曼光谱技术扩展到
太赫兹域

在单次测量中同时提供化学成分和结构信息

同时测量化学和结构特性

Coherent获得专利的 1 THz-Raman™ 系统可在单次、实时、非破坏性测量中提高材料鉴定的效率和可靠性。 大多数标准的拉曼光谱仪可以轻而易举地探测到标准的指纹光谱范围来确定材料分子的结构和化学成分,某些材料在低拉曼位移(低波数)区域会出现一些非常有意义的特征光谱,实际上在某些情况下,分析这些特征光谱是区分不同材料的唯一方法。

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太赫兹拉曼将传统拉曼光谱延伸至超低频太赫兹光谱区域(±5 cm-1 至 200 cm -1)对应分子间/分子内的振动频率(150 GHz 至 6 THz),包括声子振动、晶格振动和分子转动等模式。 这些模式的拉曼散射截面通常比正常振动模式强 5 到 10 倍,因此太赫兹拉曼可显著提高信号强度。 同时检测斯托克斯信号与反斯托克斯信号,由于二者的对称性质,因此能够更好地保证拉曼光谱的准确性和可信度,系统也无需进行重新校准。

太赫兹拉曼
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图 1:台式太赫兹拉曼模块

太赫兹拉曼光谱模块为升级您现有的拉曼光谱仪提供了一种集成、超紧凑、即插即用解决方案。 该系统由超窄带无 ASE 激光源、NoiseBlock™ 90/10 分束器和双级 SureBlock™ 陷波滤波器组成,可提供 >OD9 瑞利衰减和对低至 5 cm-1 的斯托克斯和反斯托克斯信号的信号捕获。 (图 1)

Figure 1

图 2: 卡马西平的太赫兹拉曼光谱显示出明显不同的多晶和水合形态。²

系统配置

所有 TR 系列太赫兹拉曼模块非常紧凑,通过光纤就可以轻松连接到几乎任何光谱仪或拉曼系统。 高功率、波长稳定的单频激光源与超窄带 ASE、分束器和陷波滤光片精确匹配,确保了激发光源的具有较高透过率的同时,又有较高的单色性 (>OD 9)。 系统提供 532 nm、633 nm、785 nm 和 808 nm 激发波长。

TR-PROBE是一款紧凑、坚固的太赫兹拉曼探针,除了实现原位反应或过程监测,还可以为其灵活配置各种样品接口配件,包括浸入式或接触式探针头、方便的小玻璃瓶/片剂支架、透射拉曼适配器、显微镜安装座或可转向的非接触式光学元件(请参阅下面的选件)。 单独的 CleanLine™ 激光器通过多模光纤提供无 ASE 激发,使探头能够在无法实现电气连接的更恶劣环境中工作。选件包括圆极化或双端口/双极化输出,用于同时测量 S 和 P 极化。

TR-BENCH 配置为台式,提供类似范围的可互换样品接口配件支架,用于快速、轻松的测量。 该系统还配备了一个标准笼式安装板(以准直输出光束为中心),以用于安装定制收集光学器件,该板也可轻松集成到定制系统中。 配件包括圆极化或双端口/双极化输出,用于同时测量 S 和 P 极化。

TR-MICRO 可直接安装在各种常用的显微镜平台和微型拉曼系统上,并可轻松切换进出光路。 线偏振是标准配置,圆偏振是可选配置。

 

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THz-Raman 模块几乎与任何商业拉曼系统或光谱仪兼容,Coherent可以推荐合适的光谱仪,也可将太赫兹拉曼模块与光谱仪集成为一个完整的交钥匙系统提供给用户。


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借助各种样品接口配件,可以轻松地将 TR-PROBE 和 TR-BENCH 配置为适合广泛的应用领域。 可以使用固定 SwageLok 支架安装浸入式或接触式探针头,而对于需要对齐的较长探针,则使用可调节的尖端/倾斜探针支架。 小玻璃瓶/片剂样品架包含一个可调节的转向镜、可互换的聚焦透镜和安全快门,而可转向的非接触式光学器件安装座允许通过精确对准和可互换的聚焦光学器件投射和转向输出光束,适合需要长范围收集路径的应用。 新配件包括一个透射拉曼适配器(仅探针),该适配器非常适合片剂或小玻璃瓶批量取样,另外还包括一个具有内/外光学切换和光束转向调整功能的显微镜安装座。

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太赫兹拉曼应用示例

晶体监测与分析使用太赫兹拉曼光谱还能更好地识别和监测共晶体的形成。 上图显示了在咖啡因和 2-苯甲酸的混合物中形成共晶时发生的明显可识别的峰值位移。

太赫兹拉曼

气体感知在太赫兹拉曼区域可以清楚地看到许多气体的旋转模式。 信号强度最高可达指纹区域的 10 倍,这为将拉曼光谱用于极其敏感的气体感知应用带来了可能性。 通过对比斯托克斯/反斯托克斯信号强度,也可用于精确测量温度。

太赫兹拉曼

多晶型鉴定在原材料分析、成品、过程监测和 QC 应用中,可以轻松区分药物的多晶型和水合物。

太赫兹拉曼

相位监测当硫从室温 (α) 加热到 95.2°C (β),然后再加热到 115.21°C (λ) 熔点时,可以观察到硫的相变。 注意太赫兹拉曼区域中峰值位置、形状和强度的明显变化。 结晶相产生尖锐的拉曼峰,这些峰随着硫的液化变宽直至消失。

太赫兹拉曼

相位监测低频光谱可用于监测多晶型物的转化。 上面的瀑布图显示了在大约 100 秒的时间内,无水茶碱在变成絮凝浆液前后的变化。 (数据由 Clairet Scientific Ltd. 提供)

太赫兹拉曼

合成途径分析: 爆炸物取证ETN(四硝酸赤藓醇)的多个样品(代表成分和制备路线的系统性变化)显示出明显的差异。

太赫兹拉曼
 

1 美国专利 7,986,407 和 8,184,285。

2 使用 SureBlock™ 陷波滤光片和单级光谱仪在 785 nm 处采集的数据。