Choosing the Most Suitable Laser Wavelength For Your Raman Application

Význam tématu

Ramanova spektroskopie se stala klíčovou technikou pro identifikaci materiálů v průmyslu, biomedicíně i archeologii díky své přenosnosti, neinvazivitě a schopnosti poskytovat jedinečný molekulární otisk vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Článek se zaměřuje na volbu optimálního laserového vlnového pásma (532 nm, 785 nm, 1064 nm) pro dispersivní Ramanův spektrometr s cílem vyvážit signálovou intenzitu, interferenci fluorescenčního pozadí, riziko zahřívání vzorku a náklady.

Použitá metodika a instrumentace

Pro porovnání tří vlnových délek byly použity standardní dispersivní Ramanovy spektrometry vybavené:

• Lasery: 532 nm (zelené), 785 nm (NIR), 1064 nm (dlouhé NIR)
• Detektory: křemíková CCD (532 nm, 785 nm), InGaAs pole s ~512 pixely (1064 nm)
• Rozsahy Ramanova posunu: 65–4000 cm⁻¹ (s 532 nm pro pokrytí vysokých frekvencí –NH/–OH skupin)

Hlavní výsledky a diskuse

1. Excitační účinnost: Ramanův signál klesá s λ⁻⁴, proto je 532 nm ~4,7× efektivnější než 785 nm a ~16× než 1064 nm, což vyžaduje kratší dobu akvizice.
2. Citlivost detektoru: křemíková CCD nejvhodnější pro 532 nm a 785 nm; InGaAs pro 1064 nm, ale s nižším rozlišením díky 512 pixelům.
3. Fluorescenční interferenční pozadí: nejvyšší u 532 nm, střední u 785 nm, nejnižší u 1064 nm; kritické pro tmavé, barvené či přírodní vzorky.
4. Absorpce a zahřívání: roste s délkou vlny, dlouhovlnné excitace mohou vést k tepelnému poškození tekutých i tmavých vzorků.

Ukázkové aplikace:

• Toluenu: dobře měřitelný ve všech třech pásmech.
• Nanotrubek uhlíku a oxidů: optimálně 532 nm pro vysoké rozlišení bez spálení.
• Heroinu: 785 nm poskytuje detailní spektrum s krátkou akvizicí, ale s fluorescenčním náklonem; 1064 nm eliminuje fluorescenci za cenu delší doby měření.
• Sésamový olej: tmavý vzorek detekovatelný jen při 1064 nm kvůli silné fluorescenci při 532 a 785 nm.
• Celulózy: 785 nm a 1064 nm dávají dobré spektrum, 532 nm podstatně znehodnocené fluorescencí.

Přínosy a praktické využití metody

Volba vhodného vlnového pásma umožňuje:

• Maximalizovat signálový poměr k šumu a minimalizovat interferenci pozadí.
• Omezit čas měření a riziko tepelného poškození vzorku.
• Zefektivnit analýzu širokého spektra materiálů: od anorganických oxidů po biologické a přírodní produkty.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření multimodálních Ramanových systémů s více excitačními zdroji, vylepšenými detektory NIR/vis s vyšším rozlišením, metodami časově rozlišené Ramanovy spektroskopie pro potlačení fluorescence a integrací povrchově zesíleného Ramanova (SERS) pro ultra citlivou detekci.

Závěr

Každá z porovnávaných vlnových délek nabízí jedinečné výhody:

• 532 nm: nejvyšší Ramanův signál, vhodné pro anorganické materiály, ale náchylné k fluorescenci a nižšímu rozsahu na NIR detektorech.
• 785 nm: optimální kompromis mezi signálem a fluorescencí, ekonomická volba pro většinu organických vzorků.
• 1064 nm: minimální fluorescenční rušení, ideální pro tmavé či barvené materiály, vyžaduje delší akvizici a pozornost k zahřívání.

Reference

• i-Raman Plus datasheet
• i-Raman Prime datasheet
• i-Raman EX datasheet
• TacticID-1064 datasheet
• Introduction to Raman Spectroscopy
• Carbon Nanomaterials Characterization