光谱法测量太赫兹、拉曼指纹区域

2022-3-28 00:41| 发布者: everydayness| 查看: 2003| 评论: 0

摘要: 东京，2022年3月17日 —— 东京大学的开发人员采用了一种拉曼光谱技术，称为双检测脉冲振动光谱（DIVS），允许同时测量两种类型的振动信号。DIVS能够以每秒24，000光谱的超快实时光谱速率在拉曼光谱的低频或太赫兹区 ...

东京，2022年3月17日 —— 东京大学的开发人员采用了一种拉曼光谱技术，称为双检测脉冲振动光谱（DIVS），允许同时测量两种类型的振动信号。DIVS能够以每秒24，000光谱的超快实时光谱速率在拉曼光谱的低频或太赫兹区域和指纹区域进行宽带检测。

太赫兹和指纹光谱区域提供互补信息。同时测量两个区域提供了全面的测量，包括有关分子结构和相互作用的信息。虽然已经证明了从这两个区域获取宽带拉曼光谱的其他技术，但这些方法的光谱采集速率通常小于每秒10个光谱。

萨格纳克干涉测量和光学滤波相结合，以提供每秒24，000光谱的双区域（太赫兹指纹）拉曼光谱灵敏度。双检测脉冲振动光谱（DIVS）技术可用于对在太赫兹和指纹区域中具有重要振动信息的纯或高浓度样品进行时间分辨测量。由东京大学沃克·彼得森提供。

DIVS使用超短激光脉冲来激发拉曼振动，并通过拉曼探头脉冲收集这种振动信息。由泵浦脉冲引起的相干分子振动也引起振荡电子云，这反过来又导致振荡折射率。

在给定的延迟之后，折射率由后续探头检测到。当探针通过样品传输时，探针的相位受折射率斜率的影响。红移和蓝移效应通过傅里叶变换相干反斯托克斯拉曼散射（FT-CARS）光谱检测。第三种效应 - 相位延迟移 - 由Sagnac增强的冲动刺激拉曼散射（SE-ISRS）检测到。

FT-CARS在拉曼光谱中提供指纹区域灵敏度，因为它对折射率的时间导数敏感。SE-ISRS提供太赫兹区域灵敏度，因为它对折射率本身敏感。FT-CARS通过光学滤波和探头频移检测提供指纹区域灵敏度。SE-ISRS通过Sagnac干涉测量法提供太赫兹区域灵敏度，从而能够检测探头相位延迟偏移。

通过将光学滤波与共路径萨格纳克干涉测量相结合，DIVS可同时检测FT-CARS的频移激光脉冲和SE-ISRS的相位延迟移位脉冲，从而在太赫兹指纹区域提供双区域灵敏度。DIVS设置非常简单，只需要一个激光器。

研究人员测量了四种具有拉曼模式的液体溶剂，范围从66 cm-1（2.1 THz）到1211 cm-1，以证明DIVS能够同时快速地对太赫兹和指纹区域进行宽带测量。研究人员通过将信噪比（SNR）绘制为检测到的拉曼模式的函数来定量比较这两个信号，以显示信号的比较强度。

DIVS能够以每秒24，000光谱的超快实时光谱采集速率实现太赫兹指纹拉曼光谱（灰色迹线）。该方法的主要新颖之处在于同时检测两个互补的拉曼信号：SE-ISRS（太赫兹区域敏感，蓝色迹线）和FT-CARS（指纹区域敏感，绿色迹线）。由 Peterson 等人提供。

与FT-CARS信号相比，SE-ISRS信号在200 cm−1（6.5 THz）以下的SNR增强大于500×。与SE-ISRS信号相比，FT-CARS信号显示1000 cm−1以上的指纹SNR增强大于10×。在小于42微西门子（μS）的情况下获得的单个拉曼功率谱中最强的特征振动峰表现出大于1000的高SNR。

DIVS可以提供一种在需要超快光谱采集速率的领域实现宽带太赫兹指纹振动光谱的方法，特别是用于检测快速，瞬态现象。

目前，DIVS可用于在太赫兹和指纹区域中具有重要振动信息的纯或高浓度样品的时间分辨测量。将来，DIVS可能是研究聚合物的有用技术。除了指纹区域中的标志性分子键振动外，已知聚合物在太赫兹区域中表现出丰富的结构信息。超快DIVS可能非常适合在分子水平上理解快速聚合系统。