瑞士 IRsweep IRis-F1 – 快速、高分辨率的光譜儀

關(guān)于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用中的技術(shù)基礎。

光譜儀是工業(yè)和實(shí)驗室中的常用設備，用于以非破壞性方式研究樣品的分子組成。當今光譜儀的主要缺點(diǎn)是速度低：采集完整光譜需要數秒到數分鐘的測量時(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(guān)察到。此外，對大量樣本的分析需要很長(cháng)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域的所謂頻率梳的非凡感測性能。因此，IRis-F1 提供了無(wú)與倫比的高測量速度（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合。

IRis-F1 的高測量速度開(kāi)辟了新的可能性。例如，研究人員可以實(shí)時(shí)觀(guān)察蛋白質(zhì)的折疊或構象變化。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，他們可以找到蛋白質(zhì)折疊錯誤的原因，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)現高通量篩選，并且激光源的亮度能夠分析強吸收樣品。

 

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雰全@得完整的光譜，高亮度激光源可在 100 微秒的測量時(shí)間內實(shí)現 >1000 的高信噪比。這些參數是在默認光譜分辨率為 0.25 cm -1 到 0.5cm -1的情況下實(shí)現的。

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)驗重復。 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(hù)無(wú)需工具即可更換，重新對準最少。模塊在整個(gè)中紅外波段具有不同的中心波數，通常覆蓋 >60 cm -1。

樣品室寬敞且用途廣泛，可連接大多數現有附件，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。

IRis-F1 基于量子級聯(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 微秒內高于 1000 的信噪比能夠以高信號質(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實(shí)驗變得過(guò)時(shí)。

 

高亮度

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

在典型應用中，測量時(shí)間有規律地減少 100 倍。

 

高帶寬

在單個(gè)激光模塊內，數百個(gè)激光模式通常分布在超過(guò) 60 cm -1 的范圍內。

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

 

系統規格

 

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

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

光譜覆蓋

每個(gè)可更換激光源通常為 60 cm-1

中心波長(cháng)

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(hù)界面

透射和吸收光譜顯示數據以開(kāi)放格式導出

能量消耗

110 – 230V AC，700W 典型值，包括電子設備

 

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、開(kāi)路檢測和其他應用。

IRis-core 是在中紅外范圍內設置此類(lèi)系統的理想基礎：它在單個(gè)系統中提供兩個(gè)重疊的基于 QCL 的自由運行頻率梳狀激光器。該系統輸出已經(jīng)對齊的光束，并附帶一組具有工廠(chǎng)特征的外差條件的驅動(dòng)指令。該系統配有驅動(dòng)電子設備和帶有圖形用戶(hù)界面的控制計算機。

IRis-core 是用于 IRsweep 激光模塊的接收艙以及驅動(dòng)和控制電子設備。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(cháng)。

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)的應用中具有最大的靈活性。該系統還可以提供具有集成數據處理能力的合適檢測系統。

 

系統規格

 

激光平臺

量子級聯(lián)激光器

光源

共同對準的頻率梳源

模塊化

是：激光源可更換并與 IRis-F1 兼容

中心波數

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(hù)界面

PC平臺上的圖形用戶(hù)界面

檢測系統

可選的 1 GHz 帶寬和頻譜恢復

能量消耗

110 – 230V AC，700W 典型值，包括電子設備

冷卻要求

具有 ±0.05 K 穩定性的冷卻水

 

IRcell-S – 小體積、堅固的多通道池

多通道池用于將長(cháng)光路折疊成小體積，以提高光學(xué)測量的靈敏度。此類(lèi)電池通常用于多種應用中痕量物質(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)鍵參數是路徑長(cháng)度與體積的比率，因為體積越小，系統響應時(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(cháng)度方面優(yōu)于大多數基于 White 和 Herriott 的設計。

與 IRsweep 之前的 IRcell 相比，IRcell-S 的光學(xué)設計有了顯著(zhù)改進(jìn)：旋轉對稱(chēng)的環(huán)形反射鏡被一系列單獨彎曲的反射鏡部分取代，產(chǎn)生更穩定的光束模式。因此，對準被大大簡(jiǎn)化，不需要吸收掩模，沒(méi)有特氟隆暴露在電池內部，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

 

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(méi)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)現亞每磨機條紋水平。

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值孔徑，同時(shí)仍提供 < 0.02 % RMS 條紋水平。

 

堅固的設計

單件式結構在池體中包含光學(xué)鏡面。

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

兩個(gè)獨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。