超高分辨率红外光谱仪

为了更好地了解全球气候变化，特别是温室气体（CO2、CH4、N2O、HF、CO、H2O和HDO）在大气和生物圈之间的交换，总碳柱观测网（TCCON）、大气成分变化观测网（NDACC）等研究机构相继成立。这些都是由地基傅立叶变换红外光谱仪（以及其他仪器）组成的网络，它们将太阳作为光源，来记录近红外或中红外光谱范围大气谱。所接收到的高精度数据可以作为重要的地面真实数据，作为对像美国宇航局（NASA）等的卫星测量数据的补充。对于大气污染物的分析，太阳作为红外光源，太阳光经过整个大气层一直到光谱仪的整个光路上不同组分的浓度进行了测量。对于这类场发射测量，需要用到超高分辨率傅立叶变换红外光谱仪。布鲁克IFS 125HR傅立叶变换红外光谱仪凭借准确的仪器谱线函数、出色的波长精度和世界上最高的光谱分辨率，成为该应用和相关研究机构的黄金标准。布鲁克IFS 125HR超高分辨光谱仪采用了令人瞩目的干涉仪设计，可确保光束在长达11米的极长光程差中的完整性。于是，IFS125HR光谱仪全球网络被用于监测全球范围内的大气变化，其中，部分安装在山峰上的观测中心，例如，著名的瑞士少女峰（NDACC）；或安装在坐落于美国俄克拉荷马州Lamont的SGP ARM站点设备服务中心（TCCON）。下方图片提供了安装有IFS 125HR光谱仪的全球TCCON观测站点位置，这也凸显了布鲁克在大气污染监测方面做出的重要贡献。注：TCCON: total carbon column observing networkNDACC: network for the detection of atmospheric composition changeSGP: Southern Great PlainsARM: Atmospheric Radiation MeasurementThe Southern Great Plains (SGP) atmospheric observatory was the first field measurement site established by the Atmospheric Radiation Measurement (ARM) user facility. This observatory is the world’s largest and most extensive climate research facility.

目前，基于超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟了；而且，随着纳米科技的迅猛发展，使得基于纳米结构的表面增强拉曼光谱(SERS)和针尖增强拉曼光谱(TERS)在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步，推动拉曼光谱成为迄今很少的、可达到单分子检测水平的技术。　　“港东科技”自二十世纪九十年代初就开始研发“拉曼光谱”系列产品。自主研发、生产、制造的LRS-2型和LRS-3型激光拉曼光谱仪以结构简单、便于调整和测量、灵敏度高、稳定性好等特点分别在1998年和2000年世界银行贷款发展项目中二度中标。该仪器现已大量应用于科研院所、高等院校的物理实验室和化学实验室，作为测量和教学拉曼光谱和荧光光谱的实验仪器。LRS-2/3激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　自动记录拉曼、荧光光谱 　　高分辨率，低杂散光单色系统 　　高灵敏度、低噪音单光子计数器做接收系统 　　大功率半导体激光器作为激发光源 　　配有稳定性好、精度高的外光路系统 　　多种附件可选，适用于液体、固体样品的分析 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2008年，港东科技自主研发的，同时也是国内首款LRS-5型微区激光拉曼光谱仪(将具有自主知识产权的高分辨激光共焦显微镜作为收集拉曼散射光系统，长焦长高分辨平场成像输出的单色器，结合自行研制的计算机软件编程等相关实验技术相整合，构建具有自主知识产权的新型高分辨的激光共聚焦显微光谱探测联用设备-激光共焦拉曼光谱仪)研制成功。　　这是一项将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的应用技术。微区激光拉曼可将激发光的光斑聚焦到微米量级，从而可以在不受周围环境干扰的情况下，精确获得所检测样品的有关化学成分、晶体结构、分子相互作用以及分子取向等各种拉曼光谱信息。　　我们对激光共焦拉曼显微镜的装置设计与技术参数，几何尺寸与配置，显微镜的白光成像照明系统和偏振调光图像处理技术进行了细致的研讨与实际效果的理论计算，为该显微镜的结构定型、技术指标奠定了基础。最终研制成功具有自主知识产权的高性能激光共聚焦拉曼显微镜系统。LRS-5 微区激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　操作简单，友好的人机对话界面 　　高分辨率、高稳定性和低杂散光的非对称800mm焦距平场光谱仪系统 　　接受系统采用具有高灵敏度、低噪音的面阵CCD接收器 　　外光路系统采用显微镜作为激光会聚和拉曼光收集系统，具有很高的效率和稳定性 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2012年至2016年，“港东科技”作为国内唯一一家研发、生产高分辨率长焦拉曼的企业受邀参加了由北京理工大学牵头，协同中国科学院物理研究所共同研发的“激光差动共焦成像与检测仪器研发及其应用研究”项目，该项目属于“国家重大科学仪器开发和应用专项”。在该项目中我司主要承担“拉曼光谱成像探测系统”的研发任务。普通激光束的直径通常为1.7mm左右，而显微激光拉曼光谱可以对被分析对象表面及其以下部分(透明或半透明材料)进行分层扫描，以获得较大范围内的信息，能够进行微区(小于0.2µm)分析，很好地满足了对复合材料中不同组元结构分析的要求。　　对于“拉曼光谱”在未来的发展，那就必须先从“拉曼光谱”与它的姊妹谱——红外光谱的比较说起。　　相似之处：“拉曼光谱”与“红外光谱”一样，都能提供分子振动频率的信息，对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。　　不同之处：　　1.红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼光谱为散射光谱，红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相等的(红外)光子被分子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。　　2.从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非极性分子及基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是拉曼活性的。红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一般极性分子及基团的振动引起偶极矩的变化，故通常是红外活性的。　　3.红外光谱制样复杂，拉曼光谱勿需制样，可直接测试水溶液。　　姊妹谱的联系：　　1、凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，则红外是非活性的 若红外活性，则拉曼是非活性的。　　2、凡无对称中心的分子，大多数的分子，红外和拉曼都活性。　　3、少数分子的振动，既非拉曼活性，又非红外活性。(如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱中均观察不到该振动的谱带。　　综上所述，拉曼光谱相对于红外光谱，其优势之一体现在用拉曼研究水溶液中比较方便，而生命科学的许多研究往往需要的水溶液环境。共振拉曼、表面增强拉曼和非线性拉曼光谱以及它们的联用将成为生命科学前沿领域具有重要价值的研究方法，因为21世纪是生命科学的世纪(如：临床医疗、癌症的检测与诊断等)，我们以为也是纳米技术和激光技术的世纪，因此我们觉得拉曼光谱的发展和应用是大有可为的。　　但就目前来讲，“拉曼光谱”还存在一定的不足，例如：　　1、拉曼散射面积 　　2、不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响 　　3、荧光散射的干扰 　　4、在进行分析时，常出现曲线的非线性的问题 　　5、任何一个物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响。　　当然我们也相信，随着相关技术领域的不断进步和提高，这些问题在不远的将来都能得到完善的解决。届时“拉曼光谱”的应用领域也将更为广泛。　　“拉曼光谱”揭示了丰富的化学键信息，检测对象从单质到化合物，从纯净物到混合物，从无机物到有机物，从固体到液体甚至到气体。随着技术的进一步发展，便携式拉曼光谱仪的发展趋势将呈现多样化。更加小型化、智能化、应用更加细分(分析化学、安全检查、生物医药、机场安检、爆炸物分析等)，将成为发展的主流，而性能却不会随着小型化而缩水。同时，随着应用领域的扩大，适应恶劣的工作环境(高温、高压)也将是发展方向之一。而价格合理化将是便携式拉曼光谱仪发展的终极目标。（内容来源：港东科技）

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院上海技术物理研究所的UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪、星载成像光谱仪、CCD探测器、高精度成像稳定控制系统亮相国家“十一五”重大科技成就展。UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪　　超高光谱分辨率红外光谱仪是基于大光程差(±27cm)干涉技术的傅里叶变换光谱仪，具有光谱分辨率、稳定度高、谱段宽和效率高(无狭缝)等特点，能用于温室气体及痕量污染气体的定量检测和大气成分分布垂直探测，将对我国环境探测及资源调查等领域产生重大影响。星载成像光谱仪　　该仪器利用离轴三反成像光学、凸面光栅光谱仪和大规模焦平面探测器等技术，中科院上海技术物理研究所研制了宽幅高光谱卫星成像仪原型样机。CCD探测器　　国际上规模最大的CCD探测器，是相机成像的核心部件之一。通过它可以将携带着目标信息的光信号转换成便于检测和传输的电信号。高精度成像稳定控制系统　　该系统主动探测卫星平台的微小振颤，并把振颤换算成相机光轴的偏转量，通过主动控制补偿卫星平台振颤造成的光轴偏转，保证相机在轨成像的稳定性。　　关于中国科学院上海技术物理研究所：　　中国科学院上海技术物理研究所始建于1958年10月，以固体物理和固体电子学研究为主要学科，由复旦大学物理系谢希德教授亲自创办和主持工作。1961年1月单独建制，隶属中国科学院；1964年1月，研究方向调整为红外物理与光电应用技术研究；1968年3月，划归国防科工委第15研究所，称1510所；1970年6月，又回归中科院，并恢复原称。现以红外物理与光电技术应用基础、开发为主要研究方向，重点发展先进的空间遥感、小卫星、红外凝视成像、红外焦平面、光学薄膜、微型致冷、及光电信息处理与网络等技术，设有相应的研究室及国家重点实验室10个。