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라만 분광학

관련 제품 : HF2LI , UHFLI , UHF-BOX

응용기술 설명

라만 분광학은 풍부한 화학 정보를 제공하는 분석 방법입니다. 샘플의 진동 상태를 조사하여 (생)화학 시스템의 분자 지문(fingerprint)에 특히 적합합니다. 온도와 같은 매개변수를 통해 샘플의 환경을 제어하여 분자간 상호작용에 대한 정보를 얻는 것도 가능합니다. 이 방법의 단순성으로 인해 현미경 기술과 결합하여 화학적 대비가 있는 샘플 이미징이 가능합니다.

라만 분광학은 조명 샘플에 의한 빛의 비탄성 산란을 기반으로 합니다. 입사광은 샘플 분자를 가상 상태로 만들고 이 상태에서 감쇠하면 빛이 산란됩니다. 분자의 최종 상태가 초기 상태와 다르면 산란광의 파장이 변화합니다. 이변화는 더 길거나 더 짧은 파장으로 모두 발생할 수 있으며, 이를 스톡스 이동 그리고 반-스톡스 이동이라고 합니다. 이 파장의 차이는 샘플 상태 간의 에너지 차이를 직접 측정한 것입니다. 상보적 흡수 및 광발광 방법과 함께 사용하는 경우 라만 분광학은 샘플의 분광 특성에 대한 전체 그림을 제공할 수 있습니다. 샘플이 경험하는 동역학을 관찰하기 위해 특정 라만 밴드의 강도를 모니터링하는 것도 가능합니다.

측정 전략

샘플에서 비탄성적으로 산란된 빛은 탄성적으로 산란된 빛보다 강도가 몇 배 더 낮습니다. 이러한 약한 신호를 감지하는 것은 라만 분광학을 수행하는 주요 과제입니다. 이 문제를 극복하기 위해 샘플은 일반적으로 레이저 조명을 받습니다. 또한 레이저 조명을 사용하면 이동할 파장과 그 강도를 정확하게 결정할 수 있습니다. (파장 이동 없는) 탄성적으로 산란된 빛의 지배적인 기여를 제거하고 탐지할 산란된 빛의 파장을 선택하기 위해 탐지 전에 광학 필터링 방식이 필요합니다. Raman 분광학의 두 단계(샘플 조명 및 산란광 감지) 사이에서 취리히인스트루먼트 락인앰플리파이어 가 다리 역할을 합니다.

널리 사용되는 세 가지 접근 방식

변조 전달 분광학

락인 디텍션 을 사용하면 밝은 배경에서 희미한 신호를 감지할 수 있습니다. 이를 위해서는 입사광의 변조가 필요하며, 이는 그림과 같이 광 변조기로 진폭, 주파수 또는 위상 변조를 통해 달성할 수 있습니다. 이 변조는 산란된 빛으로 전달됩니다. 변조된 신호는 나중에 락인앰플리파이어를 사용하여 배경에서 추출되고 분리됩니다.

이 방법의 장점

노이즈에 묻혀 있거나 형광신호에 의해 가려진 약한 라만 특성을 해결할 수 있습니다.

Raman Spectroscopy Setup using the Zurich Instruments UHFLI Lock-in Amplifier

비선형 펌프 프로브 이미징

펌프-프로브 방식 을 사용하면 공진 주파수 차이가 있는 펌프 및 프로브(예: 이동이 더 긴 파장으로 이동하는 경우 스톡스) 펄스를 적용하여 진동 상태를 일관되게 여기할 수 있습니다. 펄스 시간을 잘 정의된 위상 관계 와 동기화하는 것이 이 다중 광자 프로세스를 트리거 하는 핵심입니다. SRS(Stimulated Raman scattering) 및 CARS(coherent anti-stokes Raman scattering) 방법이 이 범주에 속합니다.

레이저 빔을 변조할 때 락인 디텍션으로 라만 게인 또는 유도된 라만 손실을 측정할 수 있습니다. 대안으로 박스카 평균기 레이저 변조와 동기화되지 않은 모든 잡음 기여를 거부하면서 짧은 펄스에서 모든 신호 구성 요소를 캡처할 수 있습니다.

이 방법의 장점

빠른 프로세스에 대한 액세스를 제공할 수 있는 높은 신호 대 잡음비 - 촉매 반응과 같은 비디오 프레임 속도에 적용가능.

Raman Spectroscopy Setup using the Zurich Instruments UHFLI Lock-in Amplifier

SNOM(주사장 광학현미경)

금속 팁을 시료 표면에 매우 가까이 가져오면 근거리장 효과(near-field effect)로 인해 라만 산란 효율이 증가합니다. 또한 이미징 해상도는 스캐닝 팁의 반경에 따라 달라지며 10nm만큼 작을 수 있습니다. 즉, 회절 한계보다 훨씬 낮습니다. 이 방법은 TERS(tip-enhanced Raman 분광학)라고도 합니다. 최대 감도를 위해 팁 진동을 공진 상태로 유지하려면 위상 고정 루프(PLL) 가 필수적입니다.

이 방법의 장점

공간 해상도가 높기 때문에 화학적 대비가 있는 나노 스케일 이미징에 사용됩니다.

Raman Spectroscopy Setup using the Zurich Instruments UHFLI Lock-in Amplifier

제품 하이라이트

UHFLI 600 MHz 락인앰플리파이어

  • 2x DC - 600 MHz, 12 bit 전압 입력
  • 2x 박스카 평균기 유닛 (UHF-BOX 옵션 필요)
  • 30 ns - 76 ns 로우패스 필터 시간 상수
  • Python, MATLAB, LabVIEW, C, .NET에 대한 API 프로그래밍 지원

취리히인스트루먼트 선택의 이점

  • 위에 나열된 모든 측정 전략 은 취리히인스트루먼트 락인앰플리파이어 를 사용하여 실험에서 원활하게 구현 및 테스트할 수 있습니다.
  • LabOne DAQ 도구를 사용하여 LabOne ® 에서 직접 이미지를 구성 하는 동시에 락인앰플리파이어로 스캐너를 동기적으로 트리거 할 수 있습니다. 락인앰플리파이어 또한 통합 PLL/PID 컨트롤러는 예를 들어 레이저 안정화를 위해 필요한 제어 루프를 제공합니다.
  • 취리히인스트루먼트 를 사용하면 락인 디텍션 와 박스카 평균기를 모두 추구할 수 있습니다. 실제로 두 전략 모두 UHFLI Lock-in Amplifier에서 동시에 실행할 수 있으므로 직접 비교할 수 있습니다. 반복률이 낮고 예산이 적은 실험의 경우 HF2LI(50MHz) 또는 MFLI(500kHz/5MHz)가 매력적인 대안입니다.
  • UHFLI로 비디오 속도 스캔 속도를 달성할 수 있습니다. UHFLI는 서브 µs 픽셀 체류 시간에 대해 최대 5MHz 복조 대역폭을 제공하는 유일한 장비입니다.
  • 취리히인스트루먼트 의 아날로그 전자 장치는 입력 잡음을 최소화하고 주기적인 신호에 대한 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 다중 입력 단계를 제공합니다.
  • LabOne 플로터 도구는 빔 정렬을 돕기 위해 신호 진폭의 시간 추적을 제공합니다.
  • USB 또는 1GbE 연결을 통한 빠른 디지털 데이터 전송으로 측정을 기록하기 위해 디지타이저 카드가 필요하지 않습니다. 데이터는 LabOne 사용자 인터페이스 또는 Python, C, MATLAB ® , LabVIEW 및 .NET용 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 를 통해 액세스하고 기록할 수 있습니다.

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