奥谱天成 ATR3020 便携式差分拉曼光谱仪 用于环境科学

环境科学为跨学科领域专业，既包含像物理，化学，生物，地质学，地理，资源技术和工程等的自然科学，也含有像资源管理和保护，人口统计学，经济学，政治和伦理学等社会科学。环境科学包含了影响人类和其他有机体的周边环境的学科。自然与人类资源是相互依赖的，其中一方所作出的任何动作，正确或错误，都会对另外一方产生影响。

综合描述：

ATR3020采用国际领先的差分拉曼光谱技术，它内置两个相邻波长的激光器，分时产生激发光，对样品进行激发，拉曼信号对激发光波长非常敏感，而荧光信号则不敏感，运用差分技术，从而可以抑制荧光，可直接测量高荧光物质，抗干扰、抗噪声、大幅提高系统整体的检测灵敏度和信噪比，达到滤除干扰峰（如环境光峰、荧光峰等），只保留纯净的拉曼峰，捕捉微小信号差。

由于可以较好地去除荧光等各种干扰，ATR3020便携式拉曼光谱仪，在保证对准确性的前提下，还可以降低光源功率的要求，提高整机可靠性和光谱容错纠错能力，通过与SERS技术结合，可以达到PPB级检测能力适合野外作业。ATR3020还拥有显著的可靠性，使检测结果准确可靠。优良的低杂散光条件使光谱仪具有广泛的应用，特别是在生化分析仪、食品安全、制药工程等。该多功能软件促进了应用中的光谱分析过程。通过互联网访问的远程实验，使测试项目更容易。

依美国国家标准ASTM E2529-06方法测试；

特别定制的话，分辨率性能可以提升1/3左右，但是会牺牲灵敏度。

特征：

 差分拉曼光谱技术，有效抑制荧光；

 双波长激光耦合技术；

 超高灵敏度TEC制冷的CCD ;

 超低噪声电路;

 强大的嵌入式软件;

 消除荧光背景；

 峰值搜索和显示；

 液晶显示器：10.1;

 Android 6.0操作系统；

 11.6寸电容触摸屏，支持多点触控；

 USB 2.0；

 友好的人机界面;

 电池续航> 4h;

 支持LAN远程控制;

 IP67 防水防尘;

应用领域：

 生物科学

 制药工程

 法医分析

 农业与食品安全

 宝石鉴定

 环境科学

1. 差分拉曼的工作原理

差分拉曼光谱法，也叫移频激发法，它利用两个波长有细微差别的激光分别照射样品得到两幅原始拉曼光谱图，荧光背景是不随激光波长的细微改变而发生移动的，但是拉曼峰的位置却会发生明显的变化，将两幅光谱图相减得到差分光谱，在差分光谱中荧光背景相互抵消，不存在荧光干扰。

图1 （a）原始拉曼光谱（实现、虚线分别代表784.5nm和785.5nm激光激发的拉曼光谱）；（b）差分光谱

在理想情况下，采用累加法、卷积法，都可以比较容易从差谱中复原出正常拉曼光谱。但是实际测出的光谱信号都或多或少存在噪声，如光电探测器的暗电流噪声、电路热噪声、环境背景光噪声、光谱仪内部杂散光等等，如图 2.5 所示。噪声的存在不仅会影响测量信噪比，也会降低复原算法的性能。便携式拉曼光谱仪与实验室拉曼系统相比，信噪比更差，噪声的干扰更严重。 除了噪声干扰外，在实际差分光谱中还有可能出现正负谱峰强度不一致、不对称的情况，这也会降低差分光谱复原算法的性能。拉曼信号的强度与波长的四次方成反比关系，虽然 SERDS 系统的两个激发波长只有很小的差别，但是这种细小的差别还是会导致拉曼峰值不对称。噪声干扰叠加在谱峰上也会导致谱峰不对称。此外两次测量过程中样品受照射后温度不同、荧光特性发生细微变化（光漂白作用）等情况也会导致谱峰不对称。

奥谱天成研制了一套全新的差分拉曼复原算法OP-ADRaman，可以完美地解决噪声、不对称等问题。

图2 差分拉曼的信号复原

3. 性能参数

更详细参数，请咨询客服获取

图3 ATR3020实物图

4. 可靠性测试

图6   ATR3020差分拉曼光谱仪的峰位强度稳定性测试

5. 测量附件

图7 固体、粉末测量探头

图8 液体样品测量池（Thermo瓶）

图9 液体样品测量池（液相色谱瓶，微量）（选配）

图10 ATR20107型枪型拉曼探头（选配）

图11 测试调节架（选配）

6. 差分拉曼光谱的应用案例

6.1. 差分拉曼光谱法对塑料的鉴别分析

中国人民公安大学侦查与刑事科学技术学院姜红等人，利用差分拉曼光谱对收集的 42 个不同品牌不同厂家不同容量的塑料瓶进行检验，根据差分拉曼光谱图可将样品分为聚乙烯与聚对苯二甲酸乙二醇酯两大类，每类样品的拉曼特征峰存在一定差异。使用判别分析法对处理后的光谱数据进行分析，建立 8 个判别函数，实现对数据变量取值的预测，同时检验上述判别函数的判别能力，并建立判别分布图，判别图中 9 组样品质心明显区分，效果较好。

图12 塑料样品的常规拉曼光谱图（左）和差分拉曼光谱图（右）

6.2. 差分拉曼光谱法对鞋底材料的鉴别分析

运动鞋已成为人们日常出行的必需品，运动鞋鞋底作为一种常见物证，经常出现在各类刑事案件以及交通肇事现场中，通过对提取到的鞋底物证的检验，可为案件的侦破提供线索、指明方向，为证实犯罪提供科学的证据。随着化工和高分子材料的迅速发展，鞋底材料从最初的皮革和天然橡胶（NR）逐渐演化到现在各种性能的新型材料。目前，检验鞋底材料的主要方法有红外光谱法，X 射线荧光光谱法，扫描电子显微镜/能谱法等。差分拉曼光谱法具有无损检材、处理时间短、操作简便等特点，并能直接测量高荧光物质，滤除干扰峰（如环境光峰，PL 峰等），提高系统整体的检测灵敏度和信噪比等独特优点。

中国人民公安大学侦查与刑事科学技术学院姜红等人，利用差分拉曼光谱对40 个白色运动鞋鞋底进行检验，并结合系统聚类分析对实验数据进行处理，以期为法庭科学中运动鞋鞋底物证的区分检验提供一定的参考。

图13 常见鞋底材料的差分拉曼光谱（a）乙烯‐醋酸乙烯共聚物EVA；（b）聚氯乙烯（PVC）

6.3. 差分拉曼光谱法对烟盒外包装薄膜材料的鉴别分析

烟盒外包装薄膜是指卷烟盒外包裹的一层薄膜，按主要成分的不同可以分为三类：双轴拉伸聚丙烯薄膜（BOPP)、纤维素薄膜、乙烯丙烯复合膜（EPM)。市场上 BOPP 在烟盒外包装薄膜生产中应用最多。目前，检验烟盒外包装薄膜的方法主要有红外光谱法、拉曼光谱法、差示扫描量热法、X 射线荧光光谱法、小角激光散射法、整体分离痕迹比对法等。差分拉曼光谱技术作为一种新型方法，尚未见到应用到香烟物证的研究中，其不仅具有无损检材、操作简洁的特点，而且能直接测量高荧光物质，滤除背景噪声，有效的降低干扰，提高系统整体的信噪比。

中国人民公安大学侦查与刑事科学技术学院张进等人，采用差分拉曼光谱技术对不同的烟盒外包装材料，进行了大量的实验，取得了非常好的效果。

图14 烟盒外包装薄膜材料的常规拉曼光谱图（36#a和36#b）和差分拉曼光谱图（36#c）

图15 常见烟盒包装材料的差分拉曼光谱

6.4. 差分拉曼光谱法对表皮葡萄球菌的鉴别分析

食源性致病菌快速检测一直都是农业食品安全问题中的热点之一，它需要得到全社会足够的重视。相对于传统的检测技术消耗时间长，操作繁杂，效率低下，目前的快速检测技术在研究和开发方面都取得了长足的进步。以精确，特异性强等优点逐渐成为了农业食品监管工作的强大技术支撑。塔里木大学的许明翥采用的是新研发的差分拉曼技术和表面增强技术相结合方法，从而得到相关微生物的指纹图谱，并入数据库。从而实现后期对各类微生物的快速以及精确检测。

图16 表皮葡萄球菌差分拉曼图谱；蓝：加入金溶胶表皮葡萄球菌拉曼图谱一；绿：加入金溶胶表皮葡萄球菌拉曼图谱二；红：加入金溶胶表皮葡萄球菌差分拉曼图谱；黑：无增强剂表皮葡萄球菌差分拉曼图谱。

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注：该产品未在中华人民共和国食品药品监督管理部门申请医疗器械注册和备案，不可用于临床诊断或治疗等相关用途