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2022年德瑞科仪产品培训之奥谱天成拉曼光谱

2022年09月16日

2022年德瑞科仪产品培训之奥谱天成拉曼光谱

奥谱天成简介

2022年8月30日奥谱天成的培训人员来我司德瑞科仪（广州）科技有限公司进行培训。培训内容为奥谱天成的拉曼光谱仪，在培训正式开始后，培训人员给我们介绍了奥谱天成公司。

厦门奥谱天成光电有限公司,专注于:(显微光谱仪)拉曼教学、海洋光学光纤光谱仪、光谱成像仪、近红外光谱仪、食品拉曼光谱仪、微区激光拉曼光谱仪、紫外可见分光光度计、共焦显微拉曼光谱仪、微型光谱仪、拉曼检测仪、便携式拉曼光谱仪、光纤光谱仪、高光谱成像仪、地物光谱仪、光谱分析解决方案等产品。产品广泛应用于科学研究 、公共安全 、环境保护 、工业测量等领域。



拉曼光谱的工作原理

      拉曼光谱是什么

　　1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应，称为拉曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖，成为di一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。

　　拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为)两侧对称地伴有频率为 (k=1，2，3，…)的谱线，长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线：频率差与入射光频率无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差，其中有些与介质的红外吸收频率相一致。

　　拉曼光谱即拉曼散射的光谱。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱，远离瑞利散射线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。拉曼散射的强度比瑞利散射要弱得多。瑞利散射线的强度只有入射光强度的千分之一，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的千分之一。与入射光频率相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在两侧的谱线或谱带称为拉曼散射。

　　拉曼光谱的理论解释是：入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为的光子，发射的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯线)，与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。

拉曼光谱仪的基本原理

　　当拉曼光谱仪一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变方向发生散射，而光的频率仍与激发光的频率相同，这种散射称为瑞利散射;约占总散射光强度的 10^-6～10^-10的散射，不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频率也改变了，不同于激发光的频率，称为拉曼散射。拉曼散射中频率减少的称为斯托克斯散射，频率增加的散射称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常测定的大多是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。

　　散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的。拉曼位移取决于分子振动能及的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱仪可以作为分子结构定性分析的依据。



拉曼光谱的用途

拉曼光谱仪为研究晶体或分子的结构提供了重要手段，在光谱学中形成了拉曼光谱学的一个分支。用拉曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率，并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。但拉曼光谱本身有一定的局限性，比如拉曼散射的强度较弱，对样品进行拉曼散射研究时有强大的荧光及瑞利散射干扰等等。因此它在相当长一段时间里未真正成为一种有实际应用价值的工具，直到激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。

　　激光使拉曼光谱获得了新生，因为激光的高强度极大地提高了包含双光子过程的拉曼光谱分辨率和实用性。此外强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象。为了进一步提高拉曼散射的强度，人们先后发展了傅立叶变换拉曼光谱仪、表面增强拉曼光谱仪、超位拉曼光谱仪、共振拉曼光谱仪、时间分辨拉曼光谱仪等，使拉曼光谱仪的效率和灵敏度得到更大的提高。

　　目前拉曼光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。随着拉曼光谱学研究的深入，拉曼光谱仪的应用必将愈来愈广泛。




拉曼光谱的部分应用介绍


纳米粒子的拉曼指纹光谱用于DNA和RNA检测

利用拉曼光谱作为窄带指纹光谱的概念可以设计大量具有拉曼活性的探针，该方法灵敏度高、选择性高，且增加了多路复用和比率功能。用寡核苷酸和有拉曼活性的染料标记的金纳米颗粒探针可对寡核苷酸靶标进行多重检测。被染料标记的颗粒被靶分子和微阵列形式的底层芯片捕获，银涂层充当染料标记颗粒的表面增强拉曼散射促进剂，金纳米颗粒用于促进银涂层的形成。本文具体使用六个具有拉曼标记的纳米颗粒探针分析了六个不同的DNA靶标，以及具有单核苷酸多态性的两个RNA靶标。


a, b银涂层表面增强前后的扫描示意图，c某个Ag spot处的拉曼光谱，d. 对应b图各点在1192cm-1处的拉曼强度分布


在银增强之前，纳米颗粒探针肉眼不可见，检测不到拉曼散射信号，银增强之后，Ag纳米颗粒可以在染料标记的纳米颗粒探针周围生长，增强拉曼散射，而且其他市售染料也具有不同且可测量的SERS信号能够用于多重检测。通过DNA合成将六种不同的染料掺入寡核苷酸中，制备出了六种类型的拉曼标记和寡核苷酸修饰的Au纳米颗粒探针，检测甲型肝炎病毒（HVA），病毒表面抗原基因（HVB），人类免疫缺陷病毒（HIV），埃博拉病毒（EV），天花病毒（VV）和炭疽芽孢杆菌（BA）。

a六种染料标记的纳米颗粒探针在银涂层表面增强后的拉曼光谱，b 具有相应靶分析的六种DNA


因为此方法中可用的拉曼染料的数量远远大于可用和可辨别的荧光染料的数量，与传统的基于荧光的检测方法相比，这种指纹识别方法更灵活，多路复用能力更强。而且该方法结合了基于Au纳米颗粒的检测先前的所有优点，比基于类似分子荧光法高几个数量级的高灵敏度和高选择性。纳米粒子在生物诊断研究的标记技术中越来越重要。




受激拉曼散射显微镜实现高灵敏度的无标记生物医学成像

无标记化学对比在生物医学成像中非常重要。普通的拉曼显微镜虽然能提供化学键的特定振动特征，但灵敏度低。而基于受激拉曼散射（SRS）的三维多光子振动成像技术通过施加高频（兆赫）相敏检测，能够实现极高的灵敏度，图像无背景且化学对比度易于解释。可在生物医学中应用，例如区分活细胞中ω-3脂肪酸和饱和脂质的分布，基于内在脂质对比的脑和皮肤组织成像，监测通过表皮的药物递送等。


SRS原理与设计，及其与普通拉曼成像的相关对比。

a. DHA, EPA, AA,OA的普通拉曼光谱，b. 脂滴（LD，红线）和细胞核内区域（蓝线）的SRL光谱，c. 2920cm-1处细胞的SRL图像，d. 3015cm-1处相同细胞的SRL图像。


小鼠组织SRL成像

小鼠脑胼胝体神经元髓鞘、脑组织、耳朵、皮肤等处-CH2 的SRL成像十分清晰，且组织中的自发荧光不会干扰SRS，与CARS成像比较，SRL成像没有非共振背景，更加直观利于解析。



表面增强共振拉曼散射“纳米星”用于高精度癌症成像

无法可视化癌症的扩散程度是肿瘤学领域的重大挑战，因为癌症能扩散渗透到周围的组织，大多数癌症的扩散边界不能被清晰地划分。此外，癌症可能是多灶性的并且存在微观卫星病变，容易持续存在，局部复发和转移扩散，现有的成像技术不可能将其可视化。但是临床和手术需要一种揭示肿瘤真实扩散程度的成像方法，Stefan等人使用新一代表面增强共振拉曼散射（SERRS）纳米粒子（称为SERRS纳米星）显示肿瘤边缘，做到局部区域肿瘤扩散的精确可视化。SERRS纳米星具有星形金核，在近红外光谱中有拉曼共振，且不引入杂质。在基因修饰的小鼠模型中，以及一种人肉瘤异种移植模型中，SERRS纳米星能够准确检测到胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌和肉瘤等肉眼可见的恶性病变以及其他显微疾病，而无需靶向部分。此外，SERRS纳米星的灵敏度（1.5 fM检测限）允许对胰腺和前列腺肿瘤的癌前病变进行成像。高灵敏度和广泛的适用性，结合其惰性金-二氧化硅组合物，使SERRS纳米星成为一种有前景的成像剂，用于更精确的癌症成像和癌症切除。


小鼠模型中的乳腺癌成像

AB图是右上胸腺和右下胸腺中形成两个相邻的肿瘤，C图是沿着白色虚线切除肿瘤后切除床的光学图像和拉曼成像。未切除肿瘤时，抗PEG IHC染色显示肿瘤中存在SERRS纳米星，从拉曼成像中也能清晰直观的看到残留的肿瘤部分，与切除后PyMT染色显示的残留肿瘤位置形状等高度吻合。

SERRS纳米星是一类新的分子成像剂，能够描绘原发肿瘤，尺寸小至100微米的局部肿瘤沉积以及癌前病变。而且文中对相关动物模型的研究发现，无论在癌症哪个阶段这都是可行的。所以有望将拉曼成像用于肿瘤学的临床应用：改进图像引导肿瘤切除，使用拉曼内窥镜进行早期癌症检测，更深层组织的非侵入性成像。



拉曼表征单壁碳纳米管功能化的电子结构控制

单壁碳纳米管制备的一大挑战就是操控其电子结构，已知的制备方法能够制备半导体，半金属和金属类型的碳纳米管。带隙荧光和拉曼光谱的光谱识别，能够极大地提高对分散在溶液相中的纳米管的不同电子结构的监测能力，明确其半导体、半金属和金属特性。


功能化碳纳米管在532 nm下的拉曼光谱

官能化增加了单壁碳纳米管在拉曼光谱中1330cm-1处的峰强度，对应于sp3 C_sp2 C 形成时sp2 C向sp3 C的转化。D峰是破坏石墨烯平面基本对称性的缺陷通过声子发射共振增强的电子散射。分析功能化程度不同的单壁碳纳米管发现，无序模式D峰强度随着功能化的增加而急剧增加，然后随着系统失去电子共振而减小。切向模式（TM）的峰强度随着功能化的增加而降低。


四个金属性质碳纳米管（黑色）和半导体性质的碳纳米管（红色）的低波数拉曼光谱


每1000个碳连接5.6个基团后，功能化使得碳纳米管的拉曼光谱发生显著改变，在比率为22.4之后，光谱信息能够明确区分开金属性和半导体性质的碳纳米管。拉曼光谱可以成功表征功能化单壁碳纳米管的电子结构



显微共焦拉曼光谱仪

随着各类研究的深入，对表征技术的要求也越来越多样化，不同的表征技术相互结合相互补充，做到1+1>2的现象也越来越多。有的仪器公司已经将拉曼成像和扫描电子显微镜结合，推出了拉曼扫描电子显微镜。这是一种无标记的非破坏性技术，可以用于识别样品的分子组成并成像。SEM使样品的表面结构可视化，其相关的能量色散X射线光谱学能识别元素成分，但难以表征物质的化学结构，而拉曼可以对分子结构进行分析，将两种技术集成到一起能够大大加快实验进程。拉曼扫描电子显微镜是将拉曼显微镜所需的物镜和样品台放置在SEM的真空室内，用极其精确的扫描软件驱动机制在拉曼和SEM测量位置之间转移样品。可用于纳米技术，生命科学，地球科学，制药和材料研究等领域。


上面三图是表面形貌图，下面是其拉曼光谱图



手持式拉曼光谱识别仪

产品介绍

ATR6600是一款超荧光抑制的1064nm手持拉曼光谱仪。基于1064nm激发光本身的超高荧光抑制效果，特别适合于高荧光产品的检测。

整机尺寸极小，不到1.2kg，携带非常方便。可用于海关、公安、实验室、车间、仓库、码头等现场对毒品、易制毒化学品、爆炸物、珠宝玉石、原料等物品进行快速识别。并且可用于对食品中的添加剂、农药残留、兽药残留等进行快速检测识别。

ATR6600内置优秀的拉曼光谱识别算法，可对物质进行无差别检测，轻松识别物质，同时可以添加用户自己的谱图数据。

奥谱天成将提供全面的技术支持和服务，如谱图库的建立、方法和验证、IQ/OP/PQ认证支持等。

公共安全、食品安全、制药安全，快速无损检测，一切尽在您的“掌控之间”！

特点：

1064nm激发光，降低荧光干扰；

无损、快速检测和识别，一键操作；

精密的算法，对混合物进行检测；

高清 5.5 寸电容触摸屏，操控感优越；

1300 高清摄像头；

支持条型码、二维码扫描；

精确的 GPS 定位；

有 4G、GSM、GPRS、Bluetooth、WI-FI 等多种通讯方式；

支持用户自建谱图库；

检测结果可以生成报告并导出；

内置锂电池续航时间：4-6 小时；

重量超轻（0.96 kg），便于携带；

IP-67级防尘防水淋工业防护。

应用：

公安缉毒（可检测海洛因、芬太尼等）；

高铁、地铁入口的危化物检测；

制药业的原辅料鉴别；

食品安全检测；

宝石鉴定；

物质识别；

试验研究；

文物鉴定；

矿石筛选。





高灵敏度高分辨率便携式制冷拉曼光谱仪

产品介绍

ATR3000-1064是激发波长为1064nm的便携式拉曼光谱仪，是在科研领域享有盛名的ATR3000系列产品的一员。ATR3000-1064配备了激发波长为1064nm的激光器和高消光比的拉曼滤光片组，并采用了高灵敏度的InGaAs阵列检测器，超低温的TE致冷，从而获得更佳的信噪比和更高的动态范围。

   由于1064nm的低荧光特性，ATR3000-1064避免了荧光干扰，适合检测大量的高荧光样品，例如染料、印油、石油类、生物样品等。ATR3000-1064的光谱覆盖200~260-1,光谱分辨率为13 cm-1。体积小，重量轻，功耗低的设计特点，使ATR3000-1064无论在任何地方都可以提供实验室级的拉曼检测。非常适合实验室科学研究。优越的可靠性和重复性（温度、长时间）使检测结果准确可靠，优良的低杂散光条件使光谱仪具有广泛的应用，特别适合深色样品、有色样品、荧光样品、生物样品、细菌、燃料、石油样品、植物油、药品、爆炸物等样品的测量。

特征

低温制冷型线性InGaAs CCD传感器；

超低温制冷：-20℃

超低噪声电路;

强大的嵌入式软件;

消除荧光背景;

峰值搜索和显示;

Android 6.0操作系统;

11.6寸电容触摸屏，支持多点触控;

高清触摸屏，1920X1080；

USB 2.0;

友好的人机界面;

电池续航> 5h;

支持LAN远程控制;

IP67 防水防尘;

应用领域

制药工程

公安、法医分析

农业与食品安全

宝石鉴定

环境科学

生物科学





自动聚焦自动扫描显微近红外拉曼成像光谱仪

产品介绍

ATR8300系列将显微镜及拉曼光谱仪两者的优点结合。显微拉曼检测平台使得“所见即所测”成为可能，可视化的精确定位拉曼检测平台，使得观测者可以检测样品上不同表面状态的拉曼信号，并可在计算机上同步显示所检测位置的微区形态，极大便利了拉曼微区检测。

ATR8300高配版可以全自动对焦、全自动扫描，一键操作，可以进行批量实验、均匀性扫描等，无需等待，且可以获得高可靠性的扫描成像拉曼数据；

ATR8300配备专门为拉曼系统设计的物镜，使得激光光斑接近衍射极限，再通过300万相机将焦点信息准确直观的显示在电脑上。克服了普通的拉曼系统中收集拉曼信号的焦面稍高于或稍低于实际最佳焦面的问题，从而提高拉曼光谱质量。

ATR8300无光路切换运动部件，所有光学部件均固态装配，工作非常稳定，实现了仪器的完美地解决了相机成像时光路的损失，实现了相机成像与拉曼信号收集的分离，从而得到最佳的信号强度。

同时，ATR8300使用专门为显微拉曼系统优化的高性能拉曼，无论是灵敏度，信噪比，稳定性等，都是行业领先水平，为拉曼研究提供了强有力的保障

产品特点

l 全自动拉曼实验，自动对焦，自动扫描；

l 超高灵敏度，性噪比>6000:1

l 真对焦，保证更精准的拉曼图像

l 超高空间分辨率

l 独有的软件控制切换光路

l 超高的稳定性

l 进口光学器件，良好的产品性能；

l 快速定位，迅速找到焦点位置

l 高质量物镜，光斑微米级

l 300万相机，图像清晰精准

l 激发波长：532、633、785、830、1064可选

l 配备高性能光谱仪

l USB2.0接口直连电脑

产品应用

l 纳米粒子与新材料

l 科研院所研究

l 生物科学

l 法医学鉴定

l 材料科学

l 医学免疫分析

l 农业及食品鉴定

l 水污染分析




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