展示QE Pro-Raman+光譜儀的性能

日期：2025/03/04

by Neville Davies, Market Segment Manager, Environmental

重點:
• 背照式CCD陣列光譜儀
• 靈敏度
• 有機溶劑

技術:
• 拉曼光譜學
• 表面增強拉曼光譜(SERS)

應用:
• 溶劑測量
• 農藥檢測
• 微量分析

模組化光譜儀系統讓桌上型實驗室量測獲得很大的靈活性，以及可以理想化地配置在設置中來集成在生產線中。

其中一個儀器系列是Ocean Insight的QE Pro光譜儀平台。QE Pro是一台使用背照式CCD陣列的光譜儀，這能滿足拉曼和其他低光應用所需的訊噪比、動態範圍和靈敏度。

QE Pro-Raman+型號是設計給使用785nm拉曼激發光譜。它的光學設計對最大靈敏度以及光譜範圍進行優化，來滿足能量測到很難量測的拉曼光譜的簡單儀器的逐漸增長的需求。

為了展示QE Pro-Raman+主要表現的改進，我們跟同樣是拉曼量測系列的其他使用類似背照式CCD陣列光譜儀進行比較。

使用設備

我們的模組化拉曼設置(圖一)包含了QE Pro-Raman+光譜儀、785nm拉曼激發雷射和安全護目鏡、拉曼探頭和樣品架、以及光譜軟體。此設定的變體很容易獲得。

圖一: 模組化拉曼設備的組件圖。SERS 基底可以整合到此類系統中，以進一步提高靈敏度。

測量套件1

為了展示QE Pro-Raman+增強的靈敏度，我們量測了一系列的有機溶液。有機溶劑有著典型的強烈且重複性的拉曼散射特徵，所以它們很適合當作比較系統表現的標準。

測量是在OceanView光譜軟體上執行，使用積分時間為1秒以及一次掃描平均。使用軟體的「CleanPeaks」功能來平坦結果光譜的基線。CleanPeaks是一項內建的演算法，可以用在原始的拉曼光譜上來移除基線和任何的螢光。

量測丙酮、異丙醇和甲醇的結果展是示在圖二至圖四。

圖二: 積分時間為一秒的舊型號背照式CCD陣列光譜儀和QE Pro-Raman+的量測丙酮比較。

圖三: 在異丙酮的量測中，QE Pro-Raman+增強的靈敏度是顯而易見的。

圖四: 當測量像是甲醇這樣的樣品時，QE Pro-Raman+的寬範圍非常有利，因為甲醇在3000 cm-1附近有一個強烈的峰。

測量套件2

對於我們的下一個測量套件，我們使用了六台QE Pro-Raman+光譜儀並且量測環己烷樣品，並保持其他系統部件不動。每次量測的積分時間為1秒。這提供了對多種儀器的預期靈敏度範圍的深入了解。

儘管不是所有的光譜儀的性能都相同，但是結果是高度一致的(圖五)。這個一致性表示光譜儀非常適合用在品質控制和重複性很重要的類似應用上。

圖五: 正如這一系列測量所展示的，QE Pro-Raman+提供了高度的個體間一致性。

測量套件3

像是QE Pro-Raman+這種模組化的背照式CCD陣列光譜儀也適用在表面增強拉曼光譜，這是藉由膠體奈米顆粒來偵測非常少量的分析物。為了測試這個，我們使用SERS奈米金粒子膠體來偵測微量的得恩地殺蟲劑。

一開始，我們將濃度為1ppm、40 μL的得恩地水溶液加進1mL SERS液體中。該濃度是根據美國聯邦法規規定的農產品原料中或表面上的得恩地殺蟲劑(二硫化四甲基秋蘭姆)殘留容許偏差而確定的，如下所示：

資料來源：聯邦公報，得恩地；農藥耐受性，環保署於2009年9月23日頒布的一項規則 (federalregister.gov)

SERS光譜結果(圖六)清晰的展示出1ppm濃度的得恩地完全在兩台光譜儀的偵測極限內，甚至QE Pro-Raman+光譜儀有著極好的結果。

圖六: 將SERS金奈米粒子加入得恩地量測設置後，QE Pro-Raman+的靈敏度改進更加明顯。

總結

QE Pro-Raman+清楚且一致地證明了相對於比較的背照式CCD陣列光譜儀有著更高的靈敏度。增強靈敏度的重要性對檢測研究的限制顯而易見，因為訊號在濃度不斷降低的情況下仍可在雜訊基底上偵測到。