微秒時間分辨超靈敏紅外光譜儀

簡要描述：IRsweep公司推出的IRis-F1微秒時間分辨超靈敏紅外光譜儀是種基于量子聯激光器頻率梳的紅外光譜儀，突破了傳統光譜儀需要幾秒鐘或者更長的測量時間來獲取個完整的光譜的限制，能實現高達1 μs時間分辨的紅外光譜快速測量，*提供了結合高測量速度（微秒時間分辨率）、高光譜分辨率和寬光譜范圍的解決方案，這種高速的測量方案開啟了生物醫藥、化學反應動力學光譜分析的全新的可能。

產品型號： IRis-F1

所屬分類：紅外光譜儀

更新時間：2023-04-25

廠商性質：生產廠家

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詳情介紹

品牌	其他品牌	儀器類型	實驗室型
價格區間	200萬-500萬	儀器種類	激光紅外
應用領域	化工,農業,能源,電子,綜合

傳統光譜儀由于光源，測量方式等限制，需要幾秒鐘或者更長的測量時間來獲取個完整的光譜。然而，生物醫學、化學動力學等許多過程都是發生在微秒的時間內，這些過程是傳統技術的光譜儀沒辦法觀察到。

瑞士IRsweep公司推出的IRis-F1時間分辨快速雙光梳紅外光譜儀是種基于量子聯激光器頻率梳的紅外光譜儀，突破了傳統光譜儀需要幾秒鐘或者更長的測量時間來獲取個完整的光譜的限制，能實現高達1 μs時間分辨的紅外光譜快速測量，提供了結合高測量速度（微秒時間分辨率）、高光譜分辨率和寬光譜范圍的解決方案，這種高速的測量方案開啟了生物醫藥、化學反應動力學光譜分析的全新的可能。

IRis-F1應用域

> 時間分辨光譜 > 動力學研究

> 光催化研究 > 高通紅外光譜分析

> 適用固體、液體、氣體樣品化學成分分析

IRis-F1快速紅外光譜設備點

> 1 μs時間分辨率 > 高達0.25 ~0.5 cm^-1波數分辨率 > 雙量子聯激光頻率梳技術提供高能量光源	> 測量數據信噪比高 > 易于微量及痕量光譜分析 > 方便易用、可靠性高


	高信噪比

IRis-F1 微秒時間分辨超靈敏紅外光譜儀原理示意圖

IRis-F1快速紅外光譜技術參數

Time resolution	< 1 µs
Signal-to noise ratio	> 100 @ 1 µs integration time > 1000 @ 100 µs integration time > 1000 @ 10 sec integration time
Light source	Exchangable quantum cascade laser frequency comb sources. Laser exchange may require exchange of additional system components.
Spectral coverage	40 cm^-1 - 120 cm^-1 per exchangable laser source
Center wavelengths	1050 cm^-1 (9.5 µm ) – 1700 cm^-1 (6 µm) available now 830 cm^-1 (12 µm) – 2000 cm^-1 (5 µm) under development
Spectral resolution	< 10 MHz (3x10-4 cm^-1)
Spectral sampling	0.25 cm^-1– 0.5 cm^-1
User interface	Transmission and absorbance spectrum display
Power consumption	Data export in open format 110 – 230 VAC, 700 W typical including electronics

設備選件：

IRcell – 超長光程激光樣品池

> 適用于紅外激光吸收光譜
> 工業、醫療、環境域的痕量氣體檢測
> 工業過程控制
> 安全監控
> 微量樣品測試

更低容量更高靈敏度

> 光程長度：349 cm

> 樣品池體積：38 ml

> 低邊噪聲水平：<0.2‰ rms

IRcell技術參數

Optical path length	349 cm / 137”
Input-output beam angle	28 degree horizontal 3 degree vertical
Beam alignment tolerance	±0.002 degree horizontal ±0.1 degree vertical
Ideal numerical aperture	0.027
Input hole diameter	4 mm / 0.157”
Fringe level	< 2.0 x 10^-4 rms@ λ=4.3 µm
Wavelength range	IR / mid-IR / THz
Gas volume	38 ml
Gas fittings	Swagelok 6 mm or 1/4” or Whitworth G 1/8”
Absolute pressure range	0-1 bar / 0-750 torr
Leak rate	< 1 x 10^-7 bar x l/s
Mirror surface	Gold
O-Ring material	NBR
Absorption mask material	Teflon, others on request
BaF₂, CaF₂ , Al₂O₃, N-BK₇, others on request others on request	Window material options
10 cm diameter,3 cm height (excluding gas connectors)	Dimensions
Mounting	3 x M6

IRcell 應用案例

實時分析呼吸氣體中的CO和CO₂ — using an EC?QCL


實驗裝置示意圖


實驗測試結果 Ghorbani, R. & F. Schmidt, F.M. Appl. Phys. B (2017) 123: 144. doi:10.1007/s00340-017-6715-x

使用IRcell用于呼吸氣體的分析結果顯示： > 成功探測呼喚氣體中的CO₂和CO > 較長的光程具有痕量氣體探測的勢 > 對痕量氣體探測具有很高的信噪比		IRcell適用于： > 工業、醫療、環境域的痕量氣體檢測 > 工業過程控制 > 安全監控 > 微量樣品測試

應用案例

■ 高溫反應動力學研究

近期，斯坦福大學的NICOLAS H. PINKOWSKI研究團隊與IRsweep公司合作成功用微秒時間分辨超靈敏雙光梳紅外光譜儀-IRis-F1（Dual-comb spectrometer, DCS）演示了中紅外QCL的雙梳狀光譜儀在高能氣相反應中的微秒分辨單次測量的應用。實驗中配備了兩個頻率梳和多套立的驗證測量系統，在壓力驅動下的高溫、高壓反應釜中研究了種劇烈的丙炔氧化化學反應。具體而言，作者在1225 K，2.8 大氣壓和2％p-C₃H₄ / 18％O₂的預點火條件下，測量了丙炔與氧氣之間1.0 毫秒高溫反應的詳細動力學光譜。實驗所采用的量子聯激光的雙梳狀光譜儀（DCS）是由兩個立運行的，非固定頻率的頻率梳組成，其發射波長帶寬為179 cm-1 (1174 cm-1-1233 cm-1), 具有9.86 GHz的自由頻譜范圍和5 MHz的頻梳間距，可實現實測4 μs的時間分辨率（理論時間分辨率0.2 μs）。同時，作者使用另套立的帶間聯激光（ICL）光譜儀對DCS測量的精度做了仔細的對比研究，確認了DCS測量的準確性。研究結果表明，單脈沖DCS可以以4 μs時間分辨測量速率解析丙炔氧化動力學，DCS數據清楚顯示：在反應早期（0-0.6 ms）能觀察到寬帶丙炔吸收征峰，而在0.75 ms之后可以觀察到水的精細征光譜。在劇烈的高溫高壓反應中（1 ms 內約2500K和60倍的溫度和壓力變化）DCS數據顯示了出良好的信噪比，其信號的自然噪聲抑制和時間分辨率在高焓測試環境中顯示出明顯勢。同時，立的輔助激光測量光譜（ICL）結果與DCS系統測量結果具有良好的致性。此外，DCS能夠解析與溫度直接相關的量子態信息。并且，隨著光譜模型和高溫截面數據庫的改進，將來DCS系統的測量準確性會進步提升。隨著中紅外雙梳光譜技術的出現，為超靈敏雙光梳紅外光譜儀在高焓反應和非平衡環境的反應動力學研究中提供了廣闊的研究機遇。研究者堅信超靈敏雙光梳紅外光譜儀在高能反應動力學研究中將會有更多應用前景。

參考文獻：

[1] Nicolas H. Pinkowski et al., Dual-comb spectroscopy for high-temperature reaction kinetics, 2020, Meas. Sci. Technol. 31 055501, https://doi.org/10.1088/1361-6501/ab6ecc

■ 菌紫紅質時間分辨紅外光譜研究

菌紫紅質（bacteriorhodopsin）是存在于細菌（如生活在鹽湖中的嗜鹽細菌）中的光敏跨膜質子泵。


菌紫紅質結構示意圖	鹽湖中嗜鹽細菌光敏變色	實驗裝置示意圖

時間分辨快速雙光梳紅外光譜測量結果顯示：

> 成功觀察到微秒時間分辨下的菌紫紅質光敏狀態變化
> 在微秒測試時間內，mOD濃度下光譜結果良好

> 光譜噪音水平低

時間分辨快速雙光梳紅外光譜適用于：
> 直接分析快速生物過程
> 實時研究動力學變化
> 高通分析蛋白-配體相互作用

時間分辨快速雙光梳紅外光譜測量結果

■ 光催化過程的時間分辨紅外光譜研究

三聯吡啶釕（Ru(bpy)₃²⁺）由于具有良好的受激發性，在電致發光（ECL）檢測域有著廣泛的應用。

光催化水分解反應機理:

(i) Ru(bpy)₃²⁺ 被光激活；(ii) 消耗 S₂O₈^2- ，變為3+ 價轉態; (iii)在 Co₃O₄ 催化下，電子從水轉移到 Ru(bpy)₃³⁺ 還原成2+價轉態

相應的實驗方案示意圖

		時間分辨快速雙光梳紅外光譜測量結果顯示： > 成功觀察到微秒時間分辨下的催化反應 > 獲得μOD濃度下信號 > 能結合ATR技術時間分辨快速雙光梳紅外光譜適用用于： > 催化反應 > 化學反應 > 反應過程監控
時間分辨快速雙光梳紅外光譜測量結果