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>将拉曼光谱技术扩展至
太赫兹波段

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、无损测量中提高材料鉴定的效率和可靠性。 大多数标准拉曼光谱仪能够轻松检测标准指纹光谱范围,从而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),该区域对应分子间/分子内的振动频率(150 GHz 至 6 THz),包括声子振动、晶格振动和分子旋转等模式。 这些振动的拉曼散射截面通常比正常振动模式强5到10倍,因此太赫兹拉曼光谱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、即插即用的解决方案。 该系统由超窄带无ASE激光源、NoiseBlock™ 90/10分束器以及双级SureBlock™陷波滤波器组成,可提供大于OD9的瑞利衰减,并能捕获低至5 cm⁻¹的斯托克斯和反斯托克斯信号。(图1)

图1

图 2:卡马西平的太赫兹拉曼光谱显示出多晶态和水合态之间存在显著差异。²

系统配置

全部 TR 系列太赫兹拉曼模块结构紧凑,可通过光纤轻松连接至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,确保了激发光源在具有较高透过率的同时,还具备较高的单色性(>OD 9)。该系统提供532 nm、633 nm、785 nm和808 nm的激发波长。

TR-PROBE是一款紧凑、坚固的太赫兹拉曼探头,除了可实现原位反应或过程监测外,还可灵活配置各种样品接口配件,包括浸入式或接触式探头、便捷的小玻璃瓶/药片支架、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(请参阅下方的选件)。 独立的 CleanLine™ 激光器通过多模光纤提供无ASE(自发光)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。选配件包括圆偏振或双端口/双偏振输出,用于同时测量S和P偏振。

TR-BENCH采用台式设计,配备一系列可互换的样品接口配件支架,可实现快速、便捷的测量。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),用于安装定制的收集光学元件,该安装板也可轻松集成到定制系统中。配件包括圆偏振或双端口/双偏振输出,用于同时测量 S 偏振和 P 偏振。

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

 

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THz-Raman 模块几乎与任何商用拉曼系统或光谱仪兼容,Coherent 既可为用户推荐合适的光谱仪,也可将太赫兹拉曼模块与光谱仪集成,形成一套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,可轻松将 TR-PROBE 和 TR-BENCH 配置为适用于广泛的应用领域。可使用固定的 SwageLok 支架安装浸入式或接触式探针头,而对于需要对准的较长探针,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的批量采样,此外还包括一个具有内/外光学切换和光束转向调节功能的显微镜安装座。

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太赫兹拉曼应用示例

晶体监测与分析利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位移。

太赫兹拉曼

在太赫兹拉曼波段,气体传感技术能够清晰地观测到多种气体的旋转模式。信号强度最高可达指纹波段的10倍,这为将拉曼光谱应用于超高灵敏度的气体传感应用提供了可能性。通过对比斯托克斯/反斯托克斯信号的强度,还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、成品分析、过程监测和质量控制应用中,可以轻松区分药物的多晶型和水合物。

太赫兹拉曼

相变监测当硫从室温(α)加热至 95.2°C(β),随后进一步加热至 115.21°C(λ)熔点时,可观察到硫的相变。请注意太赫兹拉曼区域中峰值位置、形状和强度的显著变化。结晶相产生尖锐的拉曼峰,这些峰随着硫的液化而变宽直至消失。

太赫兹拉曼

相态监测低频光谱可用于监测多晶型物质的转化。上图的瀑布图显示了无水茶碱在约100秒内,从固态转变为絮凝浆液前后的变化。(科学 )

太赫兹拉曼

合成途径分析:爆炸物取证多个ETN(四硝酸赤霉醇)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 美国专利第7,986,407号和第8,184,285号。

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