Avantes拉曼光谱仪的应用

拉曼光谱仪利用共价结合的分子对光子的非弹性散射来识别官能团、结晶度、应力和应变。 拉曼光谱是光谱学界广泛使用的定量和定性分子分析工具，应用范围从高端大学研究到机场安检。 由于拉曼光谱仪的应用范围非常广泛，因此在确定哪种光谱仪最适合任何特定应用时往往会令人困惑。 为了缓解这一难题，本应用说明将概述生物医学诊断、硅晶片应力监测和来料验证这三种常见应用，并就每种应用的首选光谱仪提出建议。

生物医学诊断

由于拉曼光谱仪能够为许多常见的生理生物标志物提供非接触、非破坏性的分子指纹，它在医疗诊断和监测方面的巨大潜力已被反复证明。仅在癌症检测领域，就已发表了数千篇研究论文，应用范围从乳腺、脑肿瘤和口腔肿瘤切除术中的术间癌症边界检测，到用于监测肺癌治疗反应的尿液检测。

核酸、蛋白质、脂类和脂肪等大多数常见生物大分子因其非极性分子结构而具有很高的拉曼活性，但更重要的是，由于水分子极具极性，这些样本中大量的水不会干扰光谱。生物大分子和水的散射横截面之间的这种两极分化使得拉曼光谱仪可用于组织和体液，以鉴定病原体、血液疾病、癌症和其他异常。

由于生物分子的复杂性，它们往往产生比大多数其他拉曼活性分子更广泛的光谱特征。虽然这会导致整体信号效率降低，需要更长的积分时间，但这也意味着设备的频光谱范围和分辨率要求通常相当宽松。这一点在专门用于检测少数光谱特征的仪器中尤为明显。对于此应用，AvaSpec-HERO光谱仪，型号为AvaSpec-1024X58-HSC-EVO，由于其深度冷却和高灵敏度的背薄型CCD探测器而受到青睐。此外，AvaSpec-HERO光谱仪还拥有40000：1的超宽动态范围，更容易检测到细微的变化，而这些变化往往意味着健康组织和病变组织之间的区别。

内窥镜检查

硅晶片测试

另一个新兴的拉曼应用，是在光伏行业，是监测硅晶片中的应力和结晶度。纯晶态硅在将光转化为电能方面远比其非晶硅有效，因此，目前市场上超过85%的商用太阳能电池都是用纯晶态硅生产的。

晶硅转换效率可以达到约20%，而相比之下，非晶硅太阳能电池提供不到10%的效率。因此，这些器件的质量控制在晶圆层面至关重要，以确保达到最佳性能。拉曼光谱是一项理想的工具。由于该效应对偏振敏感，硅的分子结构取向会影响散射拉曼光谱。

对于纯晶体硅，只有一种允许的分子振动，因此在 521cm-1 处会出现一个狭窄的光谱峰。然而，在非晶硅中，分子是随机取向的，频带会发生移动并变宽，从而产生一个以 480cm-1 为中心的极宽峰值。

此外，即使硅片由纯晶体硅制成，但在制造过程中经历了应力或应变，也会降低太阳能电池的效率和使用寿命。这种应力导致分子键被阻尼，从而引起振动频率的轻微变化，这可以通过观察拉曼峰的变化来检测。

对于这两种应用，由于硅的拉曼横截面较大，灵敏度通常不是问题，但高分辨率对于检测应力和应变引起的 521cm-1 峰的微小偏移至关重要。同样重要的是，硅在近红外具有独特的光致发光峰，这使得使用可见波长激发激光器更为可取，从而进一步提高系统的拉曼散射效率。

因此，我们建议使用AvaSpec-ULS2048x64TEC-EVO高分辨率TE冷却光谱仪，该光谱仪在可见光范围内的分辨率可达3cm-1。Avantes专有的高速电子触发、数据传输速率以及模拟和数字I/O功能进一步帮助该装置无缝集成到高速晶圆检测系统中。

工作中的晶圆测试系统

来料检验

最后一个要探索的应用是制药和营养保健品生产的来料检测。两者都利用与上述生物医学部分所述的拉曼光谱相同的指纹识别能力。

在过去的十年中，这种应用在一定程度上导致了手持式拉曼系统的蓬勃发展。由于其能够快速加快材料验证过程，手持式拉曼系统允许原材料快速从检疫区到达生产车间。这通常是通过将激光器、光谱仪和数据处理单元全部集成到单个手持设备中来实现的，该设备内嵌化学计量学，用于验证活性药物成分（API）、辅料和其他药物成分的身份。

拉曼是此应用的理想选择，因为激光可以通过光学透明包装进行聚焦，这样就可以在不打开产品并将其内容物暴露在环境中的情况下对内容物进行分析。

为了集成到手持式仪器中，关键的设计考虑因素之一是尺寸，这就是为什么AvaSpec-Mini-2048CL光谱仪是许多手持式仪器制造商的首选光谱仪的原因。AvaSpec-Mini-2048CL光谱仪仅重175克，大约相当于一副扑克牌的大小。由于采用了高效的2048像素CMOS线性阵列探测器，该装置的功耗不到2.5瓦。

AvaSpec-Mini-2048CL光谱仪采用我们最新的自动化生产技术生产，提供极佳的单元间重现性和温度稳定性，这对于寻求方法将从一台手持式仪器转移到另一种手持式仪器的客户至关重要。

来料

结语

虽然上面讨论的三种应用远非集成了Avantes微型光谱仪的唯一拉曼光谱应用，但它们应该有助于提供一个框架，供系统集成商在决定哪种光谱仪最适合其特定应用时使用。有关Avantes提供的全系列OEM光谱仪选项的更多信息，请联系我们。