一种时间分辨拉曼光谱设备制造技术

本发明专利技术涉及一种时间分辨拉曼光谱设备，包括：用于提供流动的稳定液柱的样品系统；激光系统，其具有用于发出第一激光以作用在稳定液柱上使其产生瞬态物质的第一激光组件和用于发出第二激光以作用在瞬态物质上使其产生拉曼散射光的第二激光组件，该第一激光组件和第二激光组件通过延时发生器连接；以及收集系统，其具有用于对拉曼散射光进行准直的第一聚焦镜、用于对准直的拉曼散射光进行聚焦的第二聚焦镜和用于对聚焦的拉曼散射光进行检测的检测器。根据本发明专利技术的设备可以用来对量子效率较低的瞬态物质的拉曼散射进行测定，而且可以进行动力学实验以得到时间分辨拉曼光谱。

A time resolved Raman spectrometer

The present invention relates to a time-resolved Raman spectroscopic apparatus comprising a sample system for providing a flow of a stable liquid column, a laser system having a first laser assembly for emitting a first laser to act on a stable liquid column to produce a transient substance, and a second laser for emitting a second laser to act on a transient substance to produce it. A second laser assembly for Raman scattering light, the first laser assembly and the second laser assembly connected by a delay generator, and a collection system having a first focusing lens for collimating Raman scattering light, a second focusing lens for focusing the collimated Raman scattering light, and a Raman scattering for focusing. A detector for light detection. The apparatus according to the present invention can be used to measure the Raman scattering of transient materials with low quantum efficiency, and can perform dynamic experiments to obtain time-resolved Raman spectra.

【技术实现步骤摘要】
一种时间分辨拉曼光谱设备
本专利技术涉及拉曼光谱设备，更具体地涉及一种时间分辨拉曼光谱设备。
技术介绍
拉曼光谱(Ramanspectra)是一种散射光谱，是一种研究物质微观结构强有力的手段。现有的拉曼光谱设备均是用来对稳态物质的拉曼光谱进行测定，无法对瞬态物质的拉曼光谱进行测定，也无法进行时间分辨实验。所谓稳态物质，指的是在常规条件下(例如：常温、常压等)可以稳定存在的物质，比如硝酸钠、硝酸钾等化学物质。所谓瞬态物质，指的是在常规条件下不能稳定存在，但在极短的时间范围内(例如纳秒(10-9s)或微秒(10-6s)等)可以存在的物质，比如羟基(OH﹒)等。所述时间分辨，指的是设备能够得到不同时间点时，瞬态物质的拉曼光谱。
技术实现思路
为了解决上述现有拉曼光谱设备无法测定瞬态物质，以及无法得到时间分辨拉曼光谱的问题，本专利技术旨在提供一种时间分辨拉曼光谱设备。本专利技术所述的时间分辨拉曼光谱设备，包括：用于提供流动的稳定液柱的样品系统；激光系统，其具有用于发出第一激光以作用在稳定液柱上使其产生瞬态物质的第一激光组件和用于发出第二激光以作用在瞬态物质上使其产生拉曼散射光的第二激光组件，该第一激光组件和第二激光组件通过延时发生器连接；以及收集系统，其具有用于对拉曼散射光进行准直的第一聚焦镜、用于对准直的拉曼散射光进行聚焦的第二聚焦镜和用于对聚焦的拉曼散射光进行检测的检测器。本专利技术通过延时发生器控制第一激光和第二激光作用于样品的前后时间，解决瞬态物质的寿命短导致的检测问题。具体地，假定第一激光在时间0点作用于样品，样品瞬间(相对于ns来讲可忽略不计)产生瞬态物种，通过延时发生器，本专利技术可以精确控制第二激光何时作用于样品，例如设置为10ns作用于样品，100ns作用于样品等等，这样，本专利技术就可以得到一系列不同时间条件下的拉曼光谱图。显然，如果没有延时发生器，第二激光相对于第一激光多长时间作用于样品是未知的，就只能得到一些紊乱的图谱，没有任何意义。第一激光作用在稳定液柱上的作用点为发光点；收集系统还具有设置在稳定液柱的与第一聚焦镜相对侧的球面镜，该球面镜的球心即为发光点以使得来自于发光点的拉曼散射光沿原方向被反射返回。本专利技术通过球面镜，即凹面镜增强了收集到的拉曼散射光，从而使得具有较少拉曼散射光的低活性的瞬态物质被检测。本专利技术通过凹面镜加聚焦镜联合使用，使得空间散热光被尽可能多地收集，确保拉曼散射光的强度。第一聚焦镜的中心、第二聚焦镜的中心、发光点和球面镜的顶点处于同一水平线。第一聚焦镜具有第一焦距，第一聚焦镜与发光点的距离为第一焦距。第二聚焦镜具有第二焦距，第二聚焦镜与检测器的距离为第二焦距。样品系统包括容器、蠕动泵、喷嘴和连接管，其中，用于盛放液态的样品的容器与蠕动泵通过连接管连接，位于容器的上方的喷嘴通过连接管连接，样品在蠕动泵的作用下从容器沿着连接管进入喷嘴，样品在喷嘴的下方形成稳定液柱并回到容器中以形成样品的流动循环。喷嘴具有较大直径的第一圆柱和具有较小直径的第二圆柱，该第二圆柱的远离第一圆柱的自由端被压瘪形成扁平部段以使得从喷嘴的下方流出的样品呈现为薄片状。样品在喷嘴的下方的2-5mm处形成稳定液柱。第一激光组件和第二激光组件分别包括用于发出激光的激光器、用于聚焦激光的透镜和用于将聚焦的激光反射作用到稳定液柱上的反射镜。第一激光组件和第二激光组件还分别包括用于改变激光光路方向的棱镜。第二激光的波长与瞬态物质的吸收波长相同。实际上，只要第二激光的波长与瞬态物质的吸收波长相近即可产生共振作用以增强拉曼散射光强度。根据本专利技术的设备可以用来对量子效率较低的瞬态物质的拉曼散射进行测定，而且可以进行动力学实验以得到时间分辨拉曼光谱。附图说明图1是根据本专利技术的一个优选实施例的时间分辨拉曼光谱设备的原理图；图2是图1的样品系统的示意图；图3是图2的喷嘴的示意图；图4是图1的收集系统的示意图；图5是根据本专利技术的一个优选实施例得到的时间分辨拉曼光谱。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。如图1所示，根据本专利技术的时间分辨拉曼光谱设备包括激光系统1、样品系统2和收集系统3，其中，激光系统1发出的激光作用到样品系统2的样品上后通过收集系统3进行测定。如图1所示，激光系统1包括相对独立的第一激光组件11和第二激光组件12，其分别发出第一激光和第二激光作用到样品上。第一激光组件11包括第一激光器111、第一上棱镜112、第一下棱镜113、第一透镜114和第一反射镜115，其中，第一激光器111发出的第一激光被称为pump激光，其首先通过第一上棱镜112和第一下棱镜113改变光路方向，然后通过第一透镜114聚焦为一个小点，继而通过第一反射镜115反射作用到样品上以产生瞬态物质。具体地，第一激光作用在样品上，样品受到激光激发后，会经过一系列光物理和光化学过程，产生一系列的瞬态物种，这些瞬态物质之间是承前启后的关系(不是同时存在的)，比如：某一物质A，受266nm激光照射后，首先产生单重激发态，然后经过系间窜越转变为三重激发态，然后激发三重态会发生光化学变化生成物质B等。第二激光组件12包括第二激光器121、第二上棱镜122、第二下棱镜123、第二透镜124和第二反射镜125，其中，第二激光器121发出的第二激光被称为probe激光，其同样首先通过第二上棱镜122和第二下棱镜123改变光路方向，然后通过第二透镜124聚焦为一个小点，继而通过第二反射镜125反射作用到样品上以产生拉曼散射光。进一步地，第二激光器121与第一激光器111通过延时发生器13连接。在本实施例中，该延时发生器13为时间脉冲延时发生器，其被设置为控制第一激光和第二激光作用于样品的时间差。具体地，第一激光先作用于样品以产生瞬态物质，然后第二激光作用于瞬态物质以产生拉曼散射光。在本实施例中，第二激光的波长根据瞬态物质的吸收波长来确定，即使得第二激光的波长与瞬态物质的吸收波长相同或相近，从而产生共振作用以增强拉曼散射光强度。因为瞬态物质具有有限的寿命，因此该时间差应该不大于瞬态物质的寿命。在本实施例中，该延时发生器13被设置为控制一系列的时间差(5ns、10ns、40ns、70ns、100ns、120ns、150ns、200ns、400ns、600ns、800ns、1μs、3μs、5μs、10μs、50μs、100μs、200μs、300μs、500μs)，以便于得到一系列不同时间差条件下的瞬态物质的拉曼光谱，即时间分辨拉曼光谱。在本实施例中，该第一激光和第二激光均为YAGlaser。应该理解，该激光并不局限于此，只要是脉冲激光就可以。第一激光组件11和第二激光组件12中的棱镜和透镜的数目同样并不局限于此，可以根据需要进行调整。如图2所示，样品系统2包括锥形瓶21、蠕动泵22、喷嘴23和塑料管24，其中，用于盛放液态样品的锥形瓶21与蠕动泵22通过塑料管24连接，位于锥形瓶21的上方的喷嘴23同样通过塑料管24与蠕动泵22连接，从而使得样品在蠕动泵22的作用下从锥形瓶21沿着塑料管24进入喷嘴23的上方，然后通过喷嘴23的下方回到锥形瓶21中，从而形成样品的流动循环。应该理解，锥形瓶21仅作为示例而非限制，凡是能够用于盛放液态样品的容器皆可用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，包括：用于提供流动的稳定液柱(P)的样品系统(2)；激光系统(1)，其具有用于发出第一激光以作用在稳定液柱(P)上使其产生瞬态物质的第一激光组件(11)和用于发出第二激光以作用在瞬态物质上使其产生拉曼散射光的第二激光组件(12)，该第一激光组件(11)和第二激光组件(12)通过延时发生器(13)连接；以及收集系统(3)，其具有用于对拉曼散射光进行准直的第一聚焦镜(31)、用于对准直的拉曼散射光进行聚焦的第二聚焦镜(32)和用于对聚焦的拉曼散射光进行检测的检测器(33)。

【技术特征摘要】
1.一种时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，包括：用于提供流动的稳定液柱(P)的样品系统(2)；激光系统(1)，其具有用于发出第一激光以作用在稳定液柱(P)上使其产生瞬态物质的第一激光组件(11)和用于发出第二激光以作用在瞬态物质上使其产生拉曼散射光的第二激光组件(12)，该第一激光组件(11)和第二激光组件(12)通过延时发生器(13)连接；以及收集系统(3)，其具有用于对拉曼散射光进行准直的第一聚焦镜(31)、用于对准直的拉曼散射光进行聚焦的第二聚焦镜(32)和用于对聚焦的拉曼散射光进行检测的检测器(33)。2.根据权利要求1所述的时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，第一激光作用在稳定液柱(P)上的作用点为发光点；收集系统(3)还具有设置在稳定液柱(P)的与第一聚焦镜(31)相对侧的球面镜(34)，该球面镜(34)的球心即为发光点以使得来自于发光点的拉曼散射光沿原方向被反射返回。3.根据权利要求2所述的时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，第一聚焦镜(31)的中心、第二聚焦镜(32)的中心、发光点和球面镜(34)的顶点处于同一水平线。4.根据权利要求2所述的时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，第一聚焦镜(31)具有第一焦距(f)，第一聚焦镜(31)与发光点的距离为第一焦距(f)。5.根据权利要求2所述的时间分辨拉曼光谱设备，其特征在于，第二聚焦镜(32)具有第二焦距(F)，第二聚焦镜(32)与检测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：马佳妮，郭燕，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61