近红外喇曼用InGaAs探测器

获得拉曼光谱，特别是在反应监测中，经常受到来自分子荧光团或来自反应混合物中的颗粒(如Pd纳米颗粒)的荧光的困扰。另一个挑战是在发色团存在的情况下获得真正的拉曼光谱，即使在亚毫摩尔浓度下，发色团的拉曼散射也可以主导光谱。移动到近红外(NIR)光谱区域并远离荧光团的共振吸收区域是规避这些问题的一种策略。然而，当依赖于传统硅基CCD相机时，由于灵敏度在1µm左右下降，激发波长基本上限制在785 nm至850 nm。这就是相对较新的基于InGaAs的多通道阵列探测器可以帮助我们的地方，将灵敏度扩展到超过2 μ m的近红外，这样就可以使用1064 nm等更长的波长的激发。

图1:9-甲基蒽的光谱，A - exc为785 nm, B - exc为1064 nm。

在1064 nm激发下获得拉曼光谱通常局限于傅里叶变换(FT)-拉曼系统，这本身就很麻烦，并且在要求可移植性的应用中造成了困难。万博电脑网页版登录另一个缺点是，由于所需的激发强度，获得良好的光谱通常会导致样品损坏，这对活细胞的微光谱分析等研究领域具有严重影响。最近，高质量紧凑连续波1064 nm激光器以及多通道近红外敏感热电(TE)冷却InGaAs探测器的可用性，如Andor iDus InGaAs光电二极管阵列相机，为近红外拉曼光谱开辟了新的机会。

图2:实验装置示意图，显示拉曼探针将激发源传送到样品，收集拉曼信号并将其传送到摄谱仪。

一组说明性光谱Andor InGaAs相机(DU490A-1.7)都在这张笔记里给出了。图1显示了使用1064 nm激发时如何降低荧光的影响;1(A)显示了在785 nm波长激发下9-甲基蒽固体样品的光谱，而1(B)显示了在1064 nm激发下获得的光谱(未进行后处理)。背景荧光的减少是明显的。

图3:三叶草163摄谱仪上的iDus InGaAs。

所使用的色散近红外光谱系统围绕iDus InGaAs (DU490A-1.7)光电二极管阵列(PDA)建立，通过基于透镜的翼缘耦合，以增加信号采集(sr1 - az -8044)到配备300 l/mm光栅的三叶草163光谱仪，光栅在1250 nm处发光。光谱仪配有手动可调狭缝和光纤适配器(sr1 - az -8036)。通过配置为1064 nm激发的商业拉曼探针(Inphotonics)收集拉曼散射。通过耦合到连续波1064 nm激光器的光纤激发，在样品上提供高达200 mW的功率。拉曼信号通过“圆到线”的短光纤馈送到光谱仪。图2显示了所使用系统的示意图。iDus InGaAs相机和摄谱仪的照片如图3所示。使用方解石测量的分辨率为12 cm-1。

一些样品的近红外拉曼光谱如图5所示。典型的采集参数为曝光5 s，累积4次，光谱仪设置狭缝宽度为10µm。光谱进行了背景校正，没有进行后处理。

图4:两种不同InGaAs探测器的量子效率(QE)特性，分别将灵敏度扩展到1.7µm和2.2µm。

近红外拉曼的一个主要问题是样品加热会产生大量的背景辐射，特别是在1064 nm拉曼时。即使是不吸收这个波长光的固体样品也会迅速升温。因此，检测系统必须足够灵敏，以允许样品上的低激光强度。在图5 (ii和iii)的例子中，样品在200 mW激光功率下立即燃烧。将功率降低到仅20 mW可以防止样品加热，但仍然可以在短时间内(< 4分钟)获得高信噪比(S/N)光谱。

图5:用连续波Nd-YAG激光在1064 nm处和iDus InGaAs在一系列不同的有机和无机固体材料上拍摄的近红外样品拉曼光谱。(i)乙腈/甲苯(1/ 1v /v)，样品激光功率200mw, 5次4 s曝光之和;ii) [Ru(bipy)3](PF6)2固体样品，样品20 mW, 10次5 s照射的总和;iii) [Mn2O3(三甲基三氮环己烷)2](PF6)2固体样品，样品20 mW, 20个10 s曝光的总和。光谱背景校正。没有应用任何采集后处理。

InGaAs探测器具有不同的红外扩展灵敏度。但是应该注意的是，对于那些生长的材料来说，暗噪声的水平显著增加，以进一步扩大对IR的灵敏度。热电(TE)冷却可以将iDus中的InGaAs传感器冷却至-90℃，其中传感器的固有噪声大大低于环境背景噪声。与传统液氮(LN2)相比，TE冷却的另一个优势是易于实现到便携式系统中。

确认

谨向荷兰格罗宁根大学斯特拉廷化学研究所系统化学中心和荷兰科技与科学基金(STW)韦斯利·布朗博士表示感谢。

参考资料

1)欲了解更多信息，请参见网站链接http://www.stw.nl/Projecten/G/goc/11059.htm和http://www.rug.nl/scheikunde/onderzoek/scholen/stratingh/groepen/Browne

2) B. T.鲍伊，P. R.格里菲斯，应用光谱学，57,190-196 (2003)