IRis-F1 – 快速、高分辨率的光譜儀 瑞士 IRsweep

IRsweep 的愿景是通過(guò)引入中紅外超快激光光譜儀來(lái)徹底改變光學(xué)傳感。它基于  IRsweep 的聯(lián)合創(chuàng)始人于 2012 年在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院發(fā)明的量子級(jí)聯(lián)激光頻率梳。光譜儀是 IRsweep 未來(lái)幾年商業(yè)活動(dòng)的支柱，代表了進(jìn)一步集成到過(guò)程分析和可能的便攜式應(yīng)用中的技術(shù)基礎(chǔ)。

光譜儀是工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中的常用設(shè)備，用于以非破壞性方式研究樣品的分子組成。當(dāng)今光譜儀的主要缺點(diǎn)是速度低：采集完整光譜需要數(shù)秒到數(shù)分鐘的測(cè)量時(shí)間。然而，許多過(guò)程發(fā)生在微秒的時(shí)間尺度上，這些技術(shù)無(wú)法觀察到。此外，對(duì)大量樣本的分析需要很長(zhǎng)時(shí)間。

IRIS-F1 是基于激光的紅外光譜儀其利用在中紅外光譜區(qū)域的所謂頻率梳的非凡感測(cè)性能。因此，IRis-F1 提供了無(wú)與倫比的高測(cè)量速度（微秒時(shí)間分辨率）與基于激光的儀器的高亮度和多色輸出的完美結(jié)合。

IRis-F1 的高測(cè)量速度開辟了新的可能性。例如，研究人員可以實(shí)時(shí)觀察蛋白質(zhì)的折疊或構(gòu)象變化。通過(guò)這個(gè)，他們可以了解正確和不正確的蛋白質(zhì)折疊狀態(tài)。有了這些知識(shí)，他們可以找到蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤的原因，并最終治愈阿爾茨海默病或帕金森病等疾病。此外，光譜儀將實(shí)現(xiàn)高通量篩選，并且激光源的亮度能夠分析強(qiáng)吸收樣品。

 

IRis-F1 – 快速、高分辨率的光譜儀

IRis-F1 光譜儀克服了這些限制，提供了無(wú)與倫比的速度、亮度和分辨率組合?？梢栽谝晃⒚雰?nèi)獲得完整的光譜，高亮度激光源可在 100 微秒的測(cè)量時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn) >1000 的高信噪比。這些參數(shù)是在默認(rèn)光譜分辨率為 0.25 cm -1 到 0.5cm -1的情況下實(shí)現(xiàn)的。

同時(shí)記錄光譜和時(shí)間分辨率，避免了步進(jìn)掃描 FTIR 有時(shí)需要的大量實(shí)驗(yàn)重復(fù)。 還提供高分辨率版本，提供<0.001 cm -1 的光譜分辨率。

雙梳狀光源封裝在激光模塊中，用戶無(wú)需工具即可更換，重新對(duì)準(zhǔn)最少。模塊在整個(gè)中紅外波段具有不同的中心波數(shù)，通常覆蓋 >60 cm -1。

樣品室寬敞且用途廣泛，可連接大多數(shù)現(xiàn)有附件，例如 ATR 裝置、透射池和反射裝置。還可以提取光束以耦合到外部實(shí)驗(yàn)。

IRis-F1 基于量子級(jí)聯(lián)激光頻率梳，這是一種寬帶鎖模中紅外激光器。光譜分辨率由雙梳技術(shù)產(chǎn)生，其中一個(gè)梳作為另一個(gè)梳的色散元件。生成的干涉圖通常會(huì)在不到一微秒的時(shí)間內(nèi)記錄下來(lái)。

 

IRis-F1 的好處

 

高速

低于 1 微秒的時(shí)間分辨率和 100 微秒內(nèi)高于 1000 的信噪比能夠以高信號(hào)質(zhì)量分析快速過(guò)程。 

在許多情況下，同時(shí)獲取光譜和時(shí)間分辨率使得大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)變得過(guò)時(shí)。

 

高亮度

激光頻率梳源比傳統(tǒng)的基于全局的系統(tǒng)提供更高的亮度，從而能夠分析強(qiáng)吸收樣品并允許更短的積分時(shí)間。 

在典型應(yīng)用中，測(cè)量時(shí)間有規(guī)律地減少 100 倍。

 

高帶寬

在單個(gè)激光模塊內(nèi)，數(shù)百個(gè)激光模式通常分布在超過(guò) 60 cm -1 的范圍內(nèi)。

可以更換激光模塊以將中紅外范圍內(nèi)的中心波數(shù)從 4.5 µm (2200 cm -1 ) 更改為 10 µm (1000cm -1 )，其中有許多基本的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)吸收。

 

系統(tǒng)規(guī)格

 

時(shí)間分辨率

<1 微秒

信噪比

>100 @ 1 µs 積分時(shí)間 >1000 @ 100 µs 積分時(shí)間 >1000 @ 10 秒積分時(shí)間

光源

可更換的量子級(jí)聯(lián)激光頻率梳源。激光更換可能需要更換額外的系統(tǒng)組件。

光譜覆蓋

每個(gè)可更換激光源通常為 60 cm-1

中心波長(zhǎng)

2200 cm-1 (4.5μm) – 900 cm-1 (11.1μm)

光譜分辨率

<10 MHz (0.0003 cm-1)

光譜采樣

0.165 cm-1 – 0.5 cm-1

用戶界面

透射和吸收光譜顯示數(shù)據(jù)以開放格式導(dǎo)出

能量消耗

110 – 230V AC，700W 典型值，包括電子設(shè)備

 

 

IRis-core – 雙梳狀光源

由于其在速度、抑制背景輻射和高光功率方面的優(yōu)點(diǎn)，雙梳光譜越來(lái)越多地用于距離檢測(cè)、開路檢測(cè)和其他應(yīng)用。

IRis-core 是在中紅外范圍內(nèi)設(shè)置此類系統(tǒng)的理想基礎(chǔ)：它在單個(gè)系統(tǒng)中提供兩個(gè)重疊的基于 QCL 的自由運(yùn)行頻率梳狀激光器。該系統(tǒng)輸出已經(jīng)對(duì)齊的光束，并附帶一組具有工廠特征的外差條件的驅(qū)動(dòng)指令。該系統(tǒng)配有驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備和帶有圖形用戶界面的控制計(jì)算機(jī)。

IRis-core 是用于 IRsweep 激光模塊的接收艙以及驅(qū)動(dòng)和控制電子設(shè)備。在這種模塊化方法中，可以更換雙梳激光模塊來(lái)切換激光波長(zhǎng)。

激光模塊與 IRsweep 的 IRis -F1 雙梳光譜儀的激光模塊兼容， 確保在未來(lái)的應(yīng)用中具有最大的靈活性。該系統(tǒng)還可以提供具有集成數(shù)據(jù)處理能力的合適檢測(cè)系統(tǒng)。

 

系統(tǒng)規(guī)格

 

激光平臺(tái)

量子級(jí)聯(lián)激光器

光源

共同對(duì)準(zhǔn)的頻率梳源

模塊化

是：激光源可更換并與 IRis-F1 兼容

中心波數(shù)

2200 cm-1 (4.5μm) – 900 cm-1 (11.1μm) 查看激光器可用性：此處

光譜覆蓋

每個(gè)可更換激光源通常為 60 cm-1

光功率

20 毫瓦 - 300 毫瓦

光譜分辨率

<10 MHz (0.0003 cm-1)

光譜采樣

0.16 cm-1 – 0.5 cm-1

用戶界面

PC平臺(tái)上的圖形用戶界面

檢測(cè)系統(tǒng)

可選的 1 GHz 帶寬和頻譜恢復(fù)

能量消耗

110 – 230V AC，700W 典型值，包括電子設(shè)備

冷卻要求

具有 ±0.05 K 穩(wěn)定性的冷卻水

 

IRcell-S – 小體積、堅(jiān)固的多通道池

多通道池用于將長(zhǎng)光路折疊成小體積，以提高光學(xué)測(cè)量的靈敏度。此類電池通常用于多種應(yīng)用中痕量物質(zhì)的氣相光譜分析，例如環(huán)境空氣質(zhì)量或呼吸分析。

多通道池的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是路徑長(zhǎng)度與體積的比率，因?yàn)轶w積越小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越短，樣品消耗量越低。IRcell-S 由于其平面星形光束模式而具有特別低的體積，并且在每體積的路徑長(zhǎng)度方面優(yōu)于大多數(shù)基于 White 和 Herriott 的設(shè)計(jì)。

與 IRsweep 之前的 IRcell 相比，IRcell-S 的光學(xué)設(shè)計(jì)有了顯著改進(jìn)：旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的環(huán)形反射鏡被一系列單獨(dú)彎曲的反射鏡部分取代，產(chǎn)生更穩(wěn)定的光束模式。因此，對(duì)準(zhǔn)被大大簡(jiǎn)化，不需要吸收掩模，沒有特氟隆暴露在電池內(nèi)部，并且耦合角有更多的自由度。

與之前的 IRcell 相比，傳輸光束的光束輪廓也得到了改進(jìn)。IRcell-S 還提供兩個(gè)單獨(dú)的端口用于耦合光輸入和輸出，從而簡(jiǎn)化了光學(xué)組件的放置。

該單元默認(rèn)帶有三個(gè)氣口，通常用作入口、出口和壓力傳感器。它也被用于不帶頂部和底部的直接測(cè)量通過(guò)環(huán)的流量，例如作為管子的一部分。

 

IRcell-S 的優(yōu)勢(shì)

 

體積小

IRcell-S 的特點(diǎn)是在 4 米光程下的樣品體積僅為 31 ml。這個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的低值允許快速的樣品交換率和只有很少樣品可用的環(huán)境。環(huán)形鏡也可以在沒有頂蓋和底蓋的情況下操作，以提供替代樣品流。

 

低流蘇

無(wú)需吸收掩模即可實(shí)現(xiàn)亞每磨機(jī)條紋水平。

IRcell-S 具有較大的耦合角容差，與原始 IRcell 相比，可以接受更寬范圍的耦合數(shù)值孔徑，同時(shí)仍提供 < 0.02 % RMS 條紋水平。

 

堅(jiān)固的設(shè)計(jì)

單件式結(jié)構(gòu)在池體中包含光學(xué)鏡面。

該電池易于對(duì)齊，具有 ±0.75° 的大垂直和水平耦合角公差，并且沒有特氟隆暴露在電池內(nèi)部。

兩個(gè)獨(dú)立的光束端口用于耦合輸入和輸出，以方便耦合組件的放置。