Hallo,
inzwischen läuft unser am Schülerforschungszentrum aufgebautes DIY Raman-Mikrospektrometer erfolgreich und ich hatte
nach den Diskussionen in einem früheren Thread
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=29782.msg221629#msg221629
versprochen ein paar Bilder vom Aufbau und typische Spektren zu zeigen.
Aufgebaut wurde es in Anlehnung an die Beiträge von Martin Mach im Bärtierchenjournal an einem Zeiss Standard WL mit Auflichtkondensor, siehe Bild 1 und Bild2.
Der grüne Laser mit 532 nm Anregungswellenlänge wird anstelle der Lichtquelle über eine Zeiss Schwalbe am Auflichtkondensor befestigt und über den halbdurchlässigen Spiegel und das Objektiv auf die Probe fokussiert.
Das von der Probe ausgehende Ramanlicht passiert den halbdurchlässigen Spiegel und wird durch einen Kantenfilter (540 nm), der im Polarisationsschieber des Mikroskops sitzt, von der Anregungswellenlänge getrennt. Dieser Kantenfilter muss sehr hochwertig sein und die Laserstrahlung mit mindestens 4, besser 5 Zehnerpotenzen unterdrücken. Auf der zweiten Position des Pol-Schiebers sitzt ein Neutralfilter der die Beobachtungsintensität beim Blick durch den Binoeinblick um zwei Zehnerpotenzen abschwächt, sodass man den Laser, ohne Gefahr für die Augen, auf einem Probendetail positionieren kann. Der Schieber kann nur zwischen diesen beiden Positionen hin und herbewegt werden, sodass man nicht aus Unachtsamkeit in starkes Laserlicht blicken kann. Mit einer Sammellinse im Photoausgang des Trinotubus wird das Ramanlicht auf den Eingang eines Lichtleiters fokussiert, in ein Gitterspektrometer geleitet, das Spektrum auf einen CCD Zeilensensor fokussiert und am PC Monitor dargestellt.
Das Mikroskop ist in einem dunklen Kasten mit Rollvorhang untergebracht, um nach den Einstellarbeiten das Umgebungslicht des Raums bei der Aufnahme des Spektrums zu unterdrücken. Typische Aufnahmezeiten für das Spektrum sind ca. 2 sec und eine Mittelung über 10 Spektren also 20 sec pro Spektrum.
In den nachfolgenden Bildern sind einige typische Spektren gezeigt (Bilder 3 bis 6 ).
Der kleine Peak bei 532 nm vor der Kante des Kantenfilters stammt von Anregungslaser.
Spezielle Fragen werden gerne beantwortet.
Es gibt auch schon einige Spektren von mineralogischen Proben, die ich bei Gelegenheit mal raussuchen muss.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Wilfried ,
Gratulation zu Deinem/Euren DIY Raman Spektrometer.
Ich bin neugierig, welche Mineral-Spektren Ihr aufgenommen habt und würde sie gerne mal sehen.
Meine Unternehmungen waren bis her nicht erfolgreich.
Wie ich auf einem Foto sehe , benutzt ihr auch das Surplus Spektrometer.
Dazu einige Fragen:
Wieviel Linien /mm hat das Gitter?
Habt ihr den Bandbereich verkürzt, um eine bessere Auflösung zu bekommen.
Welchen Kantenfilter ( Hersteller / Model) benutz ihr (meiner ist von Thorlabs FEL0550
https://www.thorlabs.com/drawings/cd44dd1705149421-AF37A82B-A96F-5E73-360493D07F778C80/FEL0550-AutoCADPDF.pdf).
Leider blieben alle Unternehmungen bisher ohne Erfolg. Ich habe viel mit der Integration-zeit -Einstellung probiert,
bekomme aber immer wieder undefinierte Spikes. Deshalb habe ich zunächst an Kühlung gedacht, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern, aber es scheint, dass Ihr ohne auskommt.
Im Bild mein Aufbau mit dem Amplival POL u/d mit einem 150mW (80mW Dauerleistung)532nm Laser.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures010/285324_32001227.jpg) (https://www.pic-upload.de)
LG
Jürgen
Hallo Wilfried,
Glückwunsch zum erfolgreichen Aufbau! Das sieht sehr gut aus.
Der Frage von Jürgen möchte ich mich anschließen: was hat das Spektrometer für Eigenschaften? Ich bin immer davon ausgegangen, daß die (billigen) USB-Spektrometer wie das erwähnte Surplus nicht empfindlich genug sind, aber hier geht es wohl sogar ohne Kühlung. Die verwendeten Filter und Strahlteiler würden mich auch interessieren.
Jürgen: wo genau liegt das Problem? Keine Peaks zu sehen oder zu viel Rauschen oder erratische Einzelpeaks?
Zum Thema gibt es übrigens ein ganz neues Buch:
Jürgen Popp, Thomas Mayerhöfer
Micro-Raman-Spectroscopy
De Gruyter 2020
Viele Grüße aus Bonn
Horst
Hallo Horst,
das Rauschen scheint sich in Grenzen zu halten, die steilen , stabilen und recht starken Peaks sind immer an derselben Stelle.
Ansonsten habe ich keine Unterschiede, egal welche Material ich teste.
Manchmal glaube ich, es liegt an der Gittereinstellung und ich habe da Peaks höherer Ordnung am Sensor,
aber bei der Messung von Interferenzfiltern oberhalb des Sperrfilters (550nm) mit kurzer Integrationszeit
scheint alles normal?
BTC-110s technische Daten
Das optische Schema Cherni-Turner
ADC-Auflösung 16 Bit
Arbeitsbereich des Detektors 200 - 1100 nm
Integrationszeit 50 ms - 65000 ms
Dynamikbereich 1300: 1
Datenübertragungszeit 350 ms
Stromversorgung 5 V / 2 A
Gesamtabmessungen 5.75x3.75x1.75 Zoll
Beugungsgitter 1800 l / mm
Spalt 50µm
Auflösung 0,5-3,0 nm
LG
Jürgen
Hallo zusammen,
könnte jemand einen Raman-Laien kurz darüber aufklären, was es bedeutet, wenn es heißt, mit dieser Technik könnten (auch)
Spektren von Mineralen angefertigt werden.
Könnte man damit dann auch Aussagen über die chemische Zusammensetzung eines Minerals machen, oder was ist gemeint?
Viele Grüße
Reinhard
Hallo Rainhard
Nun, jede Linie im Ramanspektrum entspricht einer Schwingungsmode der Moleküle oder des Kristallgitters. Die Lage ist charakteristisch für die Substanz. Es gibt Bibliotheken mit den Lagen und Intensitäten der Linien, so dass die Identifizierung von Substanzen und Mineralen damit möglich ist.
Viele Grüsse
Florian
Hallo Reinhard ,
in Ergänzung zu Florian möchte ich hinzufügen, dass es sich um eine Phasen-Analyse handelt, im Sinne von Mineralphase.Wenn diese Mineralphase nur aus einem Element besteht , wie zum Beispiel der Diamant , dann hat man auch die Elemente bestimmt.
Beim Olivin ( Olivin-Reihe (Fe,Mg)₂SiO₄)z.B. , kann man aus den beiden Spezifischen Peaks , aus Abstand und Größenverhältnis den %mol Gehalt von Fayalit (Fe₂Sio₄)/ Forsterit (Mg₂Sio₄) bestimmen.
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures010/285369_65204782.jpg) (https://www.pic-upload.de)
LG
Jürgen
Hallo Florian, hallo Jürgen,
danke für Eure Erläuterungen.
Das müßte dann ja auch ermöglichen, im Mineral "Kolwezit" [(Cu1,33 Co0,66) CO3 (OH)] einen überschüssigen
Anteil von Malachit [Cu2 (CO3) (OH) ] zu bestimmen, das würde mir sehr weiterhelfen.
Bleibt natürlich die Frage: Hat hier im Forum schon jemand einsatzbereite Geräte dieser Art?
Die Proben müssen wahrscheinlich fest sein. Geht das auch mit amorphen Stoffen?
Danke für Antworten
Reinhard
Hallo Reinhard,
"Phasenanalyse" engt die Methode etwas ein, die ist wesentlich universeller. Kann man mit der IR-Spektroskopie vergleichen, die ja komplexe Spektren mit schmalen Linien liefert und gewissernmaßen den Fingerabdruck einer Substanz liefert. Der Unterschied zur Raman-Spektroskopie: die IR ist eine Absorptionsspektroskopie, die Raman-Spektroskopie beruht dagegen auf der inelastischen Streuung der Photonen am Molekül; bei IR-aktiven Schwingungen ändert sich das Dipolmoment, bei Raman die Polarisierbarkeit. Dummerweise ist die Intensität des Raman-Streulichts sehr gering, etwa ein Millionstel der eingestrahlten Intensität.
Auch Raman liefert einen Fingerprint, wie Wilfrieds Spektren zeigen; dazu gibt es Bibliotheken, siehe Florians Beitrag. Die Experten können die Linien allerdings auch bestimmten Schwingungen zuordnen und so Strukturanalyse machen.
Man kann also nicht nur Phasenanalyse machen, sondern auch Identifizierung aller möglichen Stoffe, sogar in wässriger Lösung, was bei IR nicht geht. Anwendungen pharmazeutische Forschung, Analyse von Mikroplastik, Medizin und Biologie, Archäometrie und insbesodere Forensik.
Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten machen Raman deshalb auch für den Mikroskopiker so interessant. Leider sind Theorie und praktische Realisierung kompliziert und auch teuer.
Bei Deinem Problem könnten die folgenden Kollegen helfen, die schon ihre funktionierenden Einrichtungen im Internet präsentiert haben:
Martin Mach (Bärtierchen-Journal!)
J.M. Derochette
Stefan Oertel
welch letztere beiden sich speziell mit Mineralien befaßt haben, und natürlich Wilfried! Die Proben müssen für Raman nicht fest sein, und amorph geht auch.
Viele Grüße
Horst
Hier noch mal eine genauere Beschreibung meines Problems.
Ich habe die Bandbreite so eingestellt , dass über 3648 pixel der Bereich von 500nm bis 670nm abgebildet wird.
Dabei tritt am roten Rand eine höhere Ordnung ein , die aber nicht weiter stören sollte.
Die Anzeige ist kalibriert und zeigt diesen Wellenlängen Bereich auch an. In einem weiteren Schritt muss noch eine Umrechnung in Wellenzahlen erfolgen , so , das man unabhängig von der Wellenlänge des Lasers , Spektren vergleichen kann.
In Bild 1 zeige ich den Dunkelstrom bei der Integrations-Zeit , wie sie von Wilfried benutzt wurde:
2 sec ( 2000ms)10 Wiederholungen.
Dabei fallen 4 Peaks oberhalb von 550nm auf , der stärkste ganz rechts mit einer Intensität von ca. 10000 A.U..
In Bild 2 messe ich gedämpftes Tageslicht bei gleicher Integrations- Zeit und mit dem Kantenfilter 550nm.
Die maximale Intensität bei 590nm beträgt jetzt ca. 36000 A.U..
Alle Peaks aus der Dunkelstrom Messung sind weiterhin vorhanden und scheinen auch verstärkt zu werden.
Ich habe beide Bilder als GIF geladen.
LG
Jürgen
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures010/285378_21210914.jpg) (https://www.pic-upload.de)
Hallo Horst und Jürgen,
zu euren Fragen:
Das Spektrometer hat ein Gitter mit 1800 L/mm und es wird eine Auflösung von 1 nm angegeben.
Die Auflösung hatte es gefühlt auch als ich es ursprünglich für Fluoreszenzspektrometrie gekauft habe. Aber für die Fluoreszenzspektrometrie ging mir der Spektralbereich nicht weit genug ins rote und ich habe mit Anleitung durch Surplus versucht durch Drehen des Gitters den Spektralbereich zu verschieben.
Da ich dabei aber leider an einer falschen Schraube gedreht habe war plötzlich das ganze Spektrum weg und ich habe einige Stunden bei Dunkelheit und offenem Spektometer verbracht bis ich mit einem Laser das Spektrometer wieder einigermaßen optimiert hatte. Im Moment messe ich an der 532 nm Laserlinie, die durch einen Linienfilter mit 1 nm Halbwertsbreite geht, eine Auflösung von 2nm.
Das ist auch der Grund warum ich das Spektrum noch nicht für 532 nm Raman optimiert habe. Man könnte nämlich durch drehen des Gitters das Spectrum nach links verschieben und somit die Auflösung der CCD Zeile besser nutzen. Aber da das Spektometer zur Zeit nicht mehr erhältlich ist und Spektrometer mit ähnlichen Leistungsdaten ein vielfaches kosten (ich habe damals 250 US$
plus Zoll bezahlt) habe ich mich bis jetzt nicht nochmal herangewagt (never touch a running System!).
Der Laser ist eine billiger noname Chinalaser mit eine Leistungsangabe von 200 mW aus eBay für 37 Euro. Er läuft sehr stabil und ich habe ihm wie oben schon erwähnt ein 1nm Linienfilter mit 70% Transmission von Thorlabs (ca. 120 Euro) gegönnt. Das filtert einige Unreinheiten in der nähe der Laserlinie weg sodass der Kantenfilter näher heranreichen kann.
Als Kantenfilter habe ich zunächst auch den Thorlabs FEL0550 verwendet aber der reicht eben nur bis 550 nm an den Laser heran und hat auch keine so berückende Dynamik. Aber man kann mit ihm auch schon Spektren erhalten. Die nicht vollständig unterdrückte Laserlinie begrenzt allerdings noch ein wenig die Dynamik des Spektrometers.
Zur Zeit ist ein noname Kantenfilter aus eBay drin (ca. 120 Euro) der ab und an von http://www.thunderoptics.fr/ vertrieben wird. Dieser reicht bis 540 nm herunter und hat etwa eine Zehnerpotenz grösseres Transmissions Verhältnis.
Das Carotin-Spektrum auf dem Laptop im Bild vom von meinem Gesamtaufbau ist noch mit dem Thorlabs Filter gemacht.
Man sieht, dass die Laserlinie noch deutlich durchkommt.
Das weiter unten gezeigte Carotin-Spektrum ist mit dem Filter von Thunderoptics gemacht und da verschwindet die Laserlinie fast im Rauschen bei viel höherer Zählrate der Carotinlinien.
Aber Vorsicht, ich habe bei thunderoptics zwei Filter bestellt einen mit 25mm und einen mit 12,5 mm Durchmesser. Und obwohl der mit 25mm nach Datenblatt der bessere war und auch teuerer war (ca. 200 Euro), war er für Raman nicht tauglich (völlig indiskutables Transmissionsverhältnis). Ich vermute, dass die in ihrem eBay shop die Datenblätter vertauscht hatten.
Als Strahlteiler habe ich wie schon erwähnt den Teilerspiegel im Einsatz der im Auflichtkondensor vom Zeiss Standard eingebaut ist.
Die Sammellinse im Phototubus ist von Thorlabs und ist der Lichtleiteranschluss ebenfalls (ist der gleiche wie am Fluoreszenzspektrometerwürfel von Thorlabs.
Diesen habe ich auf der Drehbank an den Innendurchmesser vom Photoausgang des Trinotubus angepasst.
Theoretisch müsste man das Ramanspektrum auch direkt auf den Lichtleiter projizieren können wenn man den in der Zwischenbildebene des Tubus anbringt. Vielleicht sogar mit grösserer Ausbeute wenn man ihn dort präzise xy justieren kann. Das habe ich aber noch nicht ausgetestet.
Die CCD Zeile des Spektrometers wäre sogar über ein eingebautes Peltierelement kühlbar umd das Rauschen noch etwas zu verbessern. Das wird aber von Surplus nicht empfohlen, da es bei diesem Spektrometer zur Kondenswasserbildung führen kann. Insbesondere wenn man es schon mal offen hatte müsste man es wohl unter Schutzgas wieder abdichten.
Wir haben das Spektrometer ja eigentlich gebaut um in einem "Jugend forscht Projekt", wo es um Graphene Quantendots geht, die verschiedenen Kohlenstoff Modifikationen Diamant, Graphit und Graphene zu unterscheiden. Am Diamant mit seiner starken Ramanlinie waren wir, wie man oben sieht, erfolgreich. An Graphit oder Graphene Proben konnten wir leider noch kein vernünftiges Spektrum erzeugen. Wahrscheinlich ist für solche Proben dann das Signal-Rauschverhältnis des DIY Spektometers dann doch zu klein.
Wir haben vor das Rauschen zu verbessern, indem wir das ganze Spektrometer in eine Minikühlbox (Milchkühler einer Kaffeemaschine) packen. Da würde dann eventuelles Kondenswasser an der kältesten Stelle der Kühlerwand entstehen und nicht im Spektrometer.
Aber für ein anderes Projekt, wo es um die Identifizierung von Mikroplastik unter dem Mikroskop geht, ist es schon gut einsetzbar, wie ihr an den oben gezeigten Spektren aus verschiedenen Kunststoffen seht.
Mineralogisch wurde ausser an Quarz, Diamant noch nicht viel gemacht, da ich da wenig Erfahrung habe. Ich habe mal verschiedene Mineralien aus meiner kleinen Mikromount "Sammlung" druntergelegt und bei einem Mineral wo Olivenit draufsteht, gab es z.B. ein ganz brauchbares Spektrum. Wenn ich morgen am SFZ bin werde ich das mal raussuchen und einstellen.
Ansonsten könnt ihr mir gerne mal Mineralproben, die euch interessieren, zusenden.
Sie dürfen halt bei 532 nm keine Fluoreszenz zeigen. Fluoreszenz, auch schon äusserst schwache, ist der Tod des Raman Spektrums.
Wenn ihr z.B. das oben gezeigte Spektrum von dem aufgeklebten Mikrodiamanten anseht so hat die starke Diamantlinie einen hohen breiten Untergrund der sicher durch Fluoreszenz aus dem Kleber (Minitröpfchen UHU Plus) stammt. Vor dem Aufkleben war dieser Untergrund jedenfalls nicht da. Doch nachdem das erste Mikrodiamäntchen durch einen Luftzug vom Objektträger im Staub des Fussbodens verschwunden war, habe ich mir ein dauerhaftes Justierpräparat durch Aufkleben verschafft.
Ich würde Jürgen empfehlen es zunächst auch mal mit einem Diamantkriställchen zu versuchen. Daran kann man Laserspot und Detektor gut justieren.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Jürgen,
die 1000 bis 1500 Counts im Dunkelstrom und vor allem die Ausreisser einzelner Kanäle kommen mir etwas hoch vor.
Aber was du vor der Aufnahme eines Spektrums auf jeden Fall machen musst ist ein Abzug des Dunkelspektrums.
Das ist der untere Button links mit der Bezeichnung (use current Spektrum as Background).
Dann müsstest du im Anschluss ein Dunkelspektrum mit max. 50 bis 100 Counts bei 2000 ms Integrationszeit bekommen.
Und dann unmittelbar danach das eigentliche Spektrum registrieren.
Dieser Dunkelstromabgleich ist für empfindliche Messungen eigentlich vor jeder Messung notwendig, da das Spektrometer doch stark driftet.
Insbesondere wenn das Spektrometer vorher mal kurzzeitig in die Sättigung gefahren wurde.
Daher immer schön im Dunkeln arbeiten, oder das Mikroskop in einen dunklen Kasten stellen.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Wilfried ,
vielen Dank für deinen ausführlichen Bericht.
Viele Dinge, die Du da schilderst, habe ich selber durchlaufen. Speziell die Einstellarbeiten des Innenlebens des Spektrometers waren aufreibend.
Auch einen Kühlversuch, Spektrometer gut Verpackt und eingefroren, dann in eine Kühlbox umgepackt und angeschlossen, wurde unternommen. Die Problematik mit der Kondensation war mir bekannt.
Den 12,5 mm Durchmesser Kantenfilter von thunderoptics habe ich auch ausprobiert, hat aber keinen Unterschied gemacht. Vielleicht schalte ich mal beide hintereinander.
Nur mit dem 1nm Linienfilter habe ich keine Erfahrung, vielleicht sollt ich das noch nachholen.
Die Sache mit dem Abzug des ,,Background" hatte ich vergessen zu erwähnen, habe ich aber gemacht, Da sieht es so aus, als ob die gleichen Peaks überkompensieren und nach unten ausschlagen.
,,Ich würde Jürgen empfehlen es zunächst auch mal mit einem Diamantkriställchen zu versuchen. Daran kann man Laserspot und Detektor gut justieren."
Da Raman ja Zerstörung Frei zu sein scheint und meine Frau zustimmt, werde ich das Hochzeitsgeschenk, welche ich damals meiner Frau gemacht habe, ausleihen.
Drück mir die Daumen
Jürgen
Zitat von: hugojun in Oktober 15, 2020, 22:24:35 NACHMITTAGS
....
,,Ich würde Jürgen empfehlen es zunächst auch mal mit einem Diamantkriställchen zu versuchen. Daran kann man Laserspot und Detektor gut justieren."
Da Raman ja Zerstörung Frei zu sein scheint und meine Frau zustimmt, werde ich das Hochzeitsgeschenk, welche ich damals meiner Frau gemacht habe, ausleihen.
Drück mir die Daumen
Jürgen
Hallo Jürgen,
natürlich kannst du auch den Einkaräter im Ring von deiner Frau missbrauchen. Aber es ist doch ein Mikrospektrometer und da genügt auch der kleinste, den es beim Goldschmied gibt.
Mein Einstelldiamant (0.002 Karat) hat 2 Euro gekostet.
viel Erfolg und viele Grüsse
Wilfried
Hallo Jürgen,
bei mir sieht das Dunkelspektrum vor der Aufnahme des Ramanspektrums so aus wie unten in Bild 1 gezeigt.
Man erhält ein Rauschspektrum von ca. +-50 Counts, bei unegekühltem Detektor, 2000 msec Integrationszeit und Mittelung über 10 Spektren.
Einige tausend counts, so wie bei dir sind eindeutig zu viel für die Ramanspektroskpopie. Ich vermute, dass dein Detektor oder die Software eine Macke hat.
Anbei noch zwei Spektren von von mineralogischen Proben Olivenit (Grube Clara) Bild 2 und Rosenquarz Bild 3
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Wilfried,
vielen Dank für die Mineral Spektren.
Über den Gesamten Spektral-Bereich ist es so wie bei deinem Dunkelstrom Spektrum, bis auf die 4 Peaks als Ausreißer.
Bei dem Thorlabs -Filter bekomme ich gar kein Signal, unabhängig von dem Testmaterial.
Bei dem thunderoptics Filter , habe ich zwei peaks , einen unter 528nm den zweiten bei 535nm , also knapp über und unter dem Laser Licht.
Ich werde wohl um eine Komplette Neu-Einstellung nicht herumkommen, eine etwas breitere Auffächerung so bis ca,250nm Bandbreite.
Vielleicht brauche ich sogar einen neuen CCD Chip (TCD1304AP) . Aber ich müsste erst mal nachschauen, wie der Verbaut (Vergossen) ist.
Dazu brauch ich die gewisse Muße, wie Du ja selber erfahren hast.
LG
Jürgen
Gruß an die Runde,
mich wundert das kein Notch Filter zur Elimination der Laseremission verwendet wird, meiner Meinung nach die einzige saubere Lösung die störende Laserlinie zu eliminieren. Bei Edmund Optics gibt es die im Vergleich zu anderen Anbietern zu relativ niedrigen Preisen (naja immer noch relativ teuer)
Gruß Michael
Hallo Michael,
das ist keine Frage eines Notch Filters. Kantenfilter sind bei gleicher Laserlinienunterdrückung sogar mit einer etwas besseren Transmission im Bereich der Ramanlinien herstellbar.
Notch Filter benötigt man nur wenn man gleichzeitig auch die Anti Stokes Ramanlinien (also unterhalb der Anregungswellenlänge) registrieren will. Aber die sind ja noch intensitätsschwächer, sodass man das mit dem einfachen Spektrometer des DIY Aufbaus gar nicht erst zu versuchen braucht. In der Praxis macht man das nur bei Proben wo der Fluoreszenzuntergrund bei den Stokes Linien stört und gleichzeitig Antistokes Linien registrierbar sind.
Teurere Filter rentieren sich beim derzeitigen DIY Spektrometer nicht, da der kleine Laserpeak, wie du an den Spektren siehst, im Moment ja nicht begrenzend ist sondern für die Bestimmung der Wellenlänge ja eher nützlich ist.
Wenn schon, dann müsste man jetzt in ein besseres Spektrometer mit gekühltem Detektor investieren, aber das ist dann finanziell eine ganz andere Größenordnung.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Jürgen,
ich hebe Deinen Beitrag vom Donnerstag soeben erst gesehen, deshalb nochmal rückwirkend zu Deinem Aufbau: Ich hatte Versuche mit einem nahezu identischen Equipment durchgeführt, nur mit dem Unterschied, dass ich den Auflicht-Dunkelfeld-Arm des Amplivals (=Vertival) genutzt habe. Mit einigen auch von Wilfried beschriebenen Versuchspräparaten (insb. dem Klassiker Carotin) hat das einigermaßen funktioniert - bei anderen weniger gut. Mein Eindruck war, dass sich die Lichtführung des Anregungslasers zwar ganz komfortabel und scheinbar professionell justieren lässt. Aber der Lichtweg im Mikroskop ist sehr lang und kompliziert. Zudem befürchte ich, dass der 80 mW-Laser bei einigen alten Zeiss-Jena-Optiken zu Schäden führen kann, da deren Vergütung oder Verkittung oder sonstige optische Materialien ihm nicht standhalten. Auf dem Teilerspiegel des Vertivals befindet sich in der optischen Achse seitdem ein dunkler Fleck, den es m. E. vorher nicht gegeben hat. Auf Deinem Foto befindet sich bei eingeschaltetem Laser im Auflichtarm des Amplivals sogar der Polfilter im Strahlengang. Vielleicht ist das alles nicht die Ursache Deines speziellen Problems, aber es trägt sicher zur Minderung des Erfolgserlebnisses bei. Der bessere Weg wäre wahrscheinlich ein möglichst einfacher optischer Aufbau mit Auflichtkondensor nahe am Objektiv, wie bei Wilfried. Für die Zeiss Jena Mikroval-Serie gibt es einen ähnlichen Zwischentubus für Auflicht-Hellfeld bzw. natürlich das Epignost. Ich werde bei Gelegenheit wahrscheinlich in dieser Richtung weiter experimentieren.
@Jürgen und Wilfried: Mich würde speziell noch interessieren, welche Objektive bei Euren Versuchen zum Einsatz gekommen sind.
VGStefan
Hallo Stefan,
sehr schön, wie hast du die Skala mit der Ramanschift hinbekommen ?
Ich habe dazu in meiner Software noch nichts entdecken können und benutze halt immer den Rechner um die Wellenlänge der Peaks in die Ramanschift umzurechnen.
Als Objektiv benutzen wir hauptsächlich das Zeiss Neofluar 10/0,30 (alle gezeigten Spektren sind damit gemacht).
Um kleine Mikroplastikteilchen zu identifizieren haben wir auch schon das Epiplan 40/0,6 LD oder das Epiplan 40/0,85 benutzt.
Dass der Laser den Umlenkspiegel beschädigt kann ich mir nicht vorstellen. 200 mW im grünen Bereich erzeugen ja wenig Wärme und am Spiegel ist der Laser ja noch nicht mal fokussiert. Da hätte ich schon eher bei empfindlichen Proben bedenken auf die der Laser ja fokussiert wird. Aber selbst da habe ich noch keine Schäden festgestellt.
viele Grüsse
Wilfried
Liebe DIY Raman Gemeinde, lieber Stefan (horst),
interessant zu sehen, dass es doch einige Erfahrungen zum Thema und mit ähnlichem Equipment gibt.
Ich habe es auch mit dem Vertival Arm probiert, keine Änderung festgestellt.
Zu meinem speziellen Problem , habe ich folgendes herausgefunden.
Da der Filter von Thorlabs gar kein Signal des Lasers durchlässt , wie es bei dem thunderoptics der Fall ist,
habe ich die Integration Zeit nach oben gesetzt. Ab ca 20sec (20000ms) bekomme ich so etwas wie ein Kontinuum.
Das erscheint mir suspekt, weshalb ich mir einen neuen Chip bestellt habe. Der ist relativ günstig und schnell gewechselt.
Wie Stefan schon bemerkt hat, sind bei unseren Mikroskopen die Lichtwege sehr lang und verschlucken viel Licht.
Einen schaden an der Optik konnte ich bisher nicht feststellen.
Aber ich habe mit anderen Mikroskopen die gleiche Erfahrung gemacht, weshalb ich es jetzt mit dem neuen Chip
versuchen will.
An Optiken habe ich die serienmäßig vorhandenen Planachromate oo 12,5X oder 25X, sowohl /0,17 als auch /-
benutzt.
LG
Jürgen
Lieber Wilfried,
ich habe für die Kalibrierung die Wellenlängen einer Energiesparlampe genutzt, diese mit meiner alten Works-Tabellenkalkulation in Wellenzahlen umgerechnet und mit Korrektur des Nullpunktes in das lineare Gleichungssystem bei Spectrum-Studio eingegeben. Sicher etwas umständlich, aber wenn die Korrekturfaktoren erstmal bekannt sind und man am Aufbau nichts ändert, muss man ja nur diese wieder eingeben. Auch habe ich versucht, die Bezeichnung der x-Achse zu ändern ("Wafelength" --> "Ramanshift"). M. Mach hatte das irgendwie hinbekommen, konnte sich aber leider auch nicht mehr genau daran erinnern, wie es funktioniert hatte. Vermutl. muss man mit einem Editor den entsprechenden Programmeintrag ändern.
VGStefan
Hallo,
weil gerade in anderen Themen über USB Spektrometer diskutiert wird.
Das Spektrometer von www.science-surplus.com ist nach langem wieder erhältlich.
https://www.ebay.de/itm/Compact-Fiber-Coupled-CCD-Spectrometer-Kit-DIY-1800-l-mm/224079357820?hash=item342c2ba77c:g:IP0AAOSwT5tWHw9L
Ich hab mir am 18.11.20 sofort ein zweites bestellt.
Es ist schon heute morgen per USPS angekommen.
Der Adapter von RS 232 auf USB incl. Softwarediskette ist dieses mal sogar schon dabei.
Die von Science Surplus herunterladbare Software läuft auf Win7 und auch auf Win10 bei XP habe ich es noch nicht probiert.
Eine sehr schöne Anwendung dieses Spektrometers aus dem Bereich der Materialanalyse mittels Funkenspektroskopie
ist im folgenden Youtube Filmchen gezeigt:
https://www.youtube.com/watch?v=QYhpttexAyM
Die Umsetzung auf Mikrofunkenspektroskopie an (leitfähigen) Proben im Mikroskop wird unser nächstes DIY Projekt
am Schülerforschungszentrum werden.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo Wilfried,
man muss sich nur im Klaren sein, dass man nur eine Bandbreite von ca. 200nm hat, und die Umstellung ist, wie Du weißt, nicht trivial.
Ich habe übrigens meinen neuen Chip bekommen und eingebaut, die ,,hot pixels ,,sind verschwunden, dennoch bleibt das Signal bei Bestrahlung durch die Mikroskop-Optik zu schwach.
Ich muss also eine andere Mikroskop Lösung finden.
LG
Jürgen
Hallo Jürgen,
die Umstellung auf andere Bereiche ist, wenn man nicht so blöd ist wie ich und an der falschen Schraube dreht, relativ einfach.
Und den sichtbaren Bereich kann man von 420 bis bis ca. 680 nm ohne Umstellung abdecken.
Umstellen muss man meist sowieso, da es ja nicht unbedingt mit einem definierten passenden Bereich angeliefert wird.
Mit der hohen Auflösung mit einem 1800 L/mm Gitter erreichbar ist, geht halt mit einer 2048 Pixel Zeile nicht mehr.
Da muss man dann schon zu einem Spektrometer mit 4000 Pixel Zeile greifen und dann kannst du für ein gebrauchtes
Spektrometer gleich eine Null hinter den Preis setzen.
Mit dem Billigspektrometer über das in dem Thread von Peter diskutiert wird hat man zwar angeblich 400 bis 800 nm aber nur
348 Pixel, da ist es dann keine Wunder dass die Auflösung mässig ist. Aber um ein qualitatives Spektrum einer LED aufzunehmen
reicht das vielleicht auch.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo allerseits,
ich möchte mal den Thread wiederbeleben, da ich derzeit auch versuche eines meiner Mikroskope bezüglich RAMAN-Mikroskopie aufzurüsten. Es ist aber nicht ganz DIY, da ich bereits einen Fuhrpark an recht hochwertiger Technik angesammelt habe (auch weil ich nebenbei Astrofotografie betreibe).
Untersuchungsobjekte wären beispielsweise Chondren/Mineralien in Meteoriten, siehe auch hier meine kürzlich eingestellten Bilder: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=45104.15 im Beitrag 16
Eine sehr interessanter Analyse zur den Anforderungen an RAMAN-Spektroskopie zur Planetenexploration und Mineralienanalyse für Weltraummissionen ist hier zu finden:
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2022.1016359/full
Ich habe kürzlich übrigens mit einem konfokalen Renishaw InVia RAMAN µSpektrometer gearbeitet. Die Möglichkeiten sind wirklich beeindruckend, laterale Mappings, Linienscans, Z-Tiefenscans, usw. Eigentlich alles was das Mikroskopiker-/Analytikerherz begehrt .
Mein Grundaufbau würde übrigens hieraus bestehen:
1. Inverses Mikroskop Leica DMI6000 CS
- eigentlich für CONFOCAL-Scanning, mit 2 umschaltbaren Seitenports, ein Port unter dem Mikroskop, sowie einmal Kamera/Okularumschaltung
- Auflicht- und Durchlichtstrahlengang
- Fluoreszenzfilterkarussell
- motorisierter Scanning-Tisch (optional mit Z-Scan-Galvo)
2. Abbildendes Spektrometer HORIBA iHR320 (hab noch einige ältere kleinere (Faser)Gitterspektrometer (Zeiss) und kürzlich ein älteres Horiba HR640 erworben, hab auch 4 abbildende 40mm^2, 1200 L/mm gebazte holografische Gitter von Horiba fürs VIS übrig (https://www.horiba.com/aut/products/detail/action/show/Product/monochromator-gratings-type-iv-2024/), da braucht man fürs Selbstbau-Spektrometer nur noch den Eingangsspalt und die CCD-Zeile)
- mit 3fach Grating-Turret (2 x 1200 L/mm (jeweils UV und VIS-geblazed) und 1 x 600 L/mm (IR geblazed)
- 2 umschaltbare Eingangsports (jeweils mit motorisierten Schlitzen) und 2 umschaltbare Ausgangsports (Kameraadapter muss ich noch anfertigen)
3. Kameraequipment
- eine ältere Princeton Instruments PI NTE CCD-1340_1300-EMB
- mit großer backilluminated E2V CCD (1340 x 1300 20µm Pixel, -45°C Peltiergekühlt)
- 2 EMCCDs (Andor iXon DU897-BV und Hamamatsu C9100-13)
- mit backilluminated E2V EMCCD (512 x 512 16µm Pixel, -90°C und -65°C Peltiergekühlt)
- diverse andere Industriekameras (Flir, Basler, AlliedVision, Vieworks) und auch mehrere nicht richtig funktionierende SCmos Kameras (Andor, PCO)
Es fehlt also eigentlich nur noch der passende Laser (532nm), eine Strahlaufweitung und die entsprechenden RAMAN-Filter. Bezüglich der Filter habe ich vor, diese direkt in einen vorhandenen leeren Fluoreszenz-Filterwürfel einzubauen. Dort kann man praktischerweise gleich diverse Filteroptionen kombinieren (Laserfilter zur spektralen Filterung des Anregungslasers, ein dichroitischer Kurzpass-Strahlteiler und ein Langpassfilter zur Filterung der Anregungswellenlänge) Eigentlich würde auch schon der Langpassfilter ausreichen, aber von nichts kommt nichts. ;)
Komplette RAMAN-Filtersätze gibts bspw. bei Chroma: https://www.chroma.com/products/sets/49952-rt-raman-532nm-laser-longpass-set
welcher auch bei AHF vertrieben wird: https://www.ahf.de/en/products/spectral-analysis-photonic/optical-filters/filter-sets/raman-sets/2360/532-nm-raman-et-lp-filter-set?c=511
Ist aber mit 1600€ + Mwst schon nicht ganz günstig. Vllt weiß ja jemand, ob es direkt komplette Filtercubes zu bestellen gibt.
Einzelne RAMAN-Filter mit unterschiedlicher Steilheit gibts bspw. auch bei Semrock, Edmund-Optics, usw.
Vllt wäre auch mal der Blick nach China interessant:
http://www.cnilaser.com/Optical-Filter-Sets-for-Raman-Applications.htm oder https://www.shanghai-optics.com/components/optical-filters/raman-filter/
Falls hier bereits Erfahrungen bestehen, würde ich mich sehr freuen.
Ich hab auch schonmal durchgerechnet, was das RAMAN-System mit der geplanten Konfiguration schätzungsweise leistet:
Exitation WL: 532nm mit 100mW
Auflösung: maximal 3 cm-1 (mit 1200L/mm und 20µm Pixel)
Singlescan-Range: 0-1900 cm-1 (entspricht etwa 62nm)
LP-Cutoff (Filterabhängig): 100 cm-1 (1000€ Filter) 200cm-1 (500€ Filter)
Beugungseffizienz Gitter: >60%
Für die Justierung/Einstellung wäre wahrscheinlich noch ein Graufilter-Filterrad erforderlich und über die Abschirmung der Laserstrahlung muss ich mir auch einmal Gedanken machen, ein Laserschutzbrille wäre sicherlich keine schlechte Investition.
Vg und schöne Weihnachten
Tino
Hallo Tino,
du gehst da sehr zielstrebig heran und bin wirklich auf deine ersten Messungen gespannt.
Einen Fachmann gibt es auch hier in der Runde, der sich sicherlich noch zu Wort melden wird.
Ich habe nur ganz kurz einen Überblick über seinen technischen Aufbau gesehen und glaube verstanden zu haben,
dass der Lichteintritt in die Fiberoptik des Spektrometers einen technisch präzisen Aufbau verlangt um Verluste durch
Spiegelung /Reflexion zu unterdrücken.
,,Untersuchungsobjekte wären beispielsweise Chondren/Mineralien in Meteoriten..."
finde ich besonders spannend.
Frohes Fest
Jürgen
Hallo Jürgen,
hast du deinen RAMAN-Aufbau, bzw. dein Spektrometer eigentlich schon zum Laufen bekommen?
Bezüglich der Mineralienanalyse in Meteoriten mittels RAMAN habe ich kürzlich eine interessante Masterarbeit gelesen: https://elib.dlr.de/109041/
Hier wurden beispielweise auch die Schockstadien und Hochdruckmodifikation der Mineralien, sowie die Aufschmelzungsprozesse in den Schockadern untersucht. Kann man schon viele schöne Dinge machen, mit einem RAMAN-Mikroskop.
Vg Tino
Hallo Tino ,
Diese Arbeit zeigt wie vielfältig die RAMAN-Analyse genutzt werden kann. Eigentlich zur Phasenbestimmung gedacht ist
die Methode der Olivin-Doppel Peak Analyse geeignet, die mol-Anteile Fayalit - Forsterit zu bestimmen oder die von dir
angeführte Herleitung der Stufen der Schock-Modifikation.
An meinem RAMAN-Aufbau habe ich nicht mehr weitergearbeitet. Wie oben erwähnt, muss ich einige grundsätzliche,
mechanisch anspruchsvolle Voraussetzungen schaffen um einem Gelingen eine Chance zu geben. Ich habe noch kein
gutes Konzept, dies an meinem Amplival u/d umzusetzen.
frohes Fest
Jürgen
Hallo Tino,
kann sein, daß ich der von Jürgen erwähnte "Fachmann" bin, also hier ein paar Anmerkungen aus meiner noch sehr frischen und kurzen Erfahrung.
Filter:
Von den Chinesen würde ich die Finger lassen. Im ersten Link (ChangChun) wird nur 785 nm angeboten, im zweiten (Shanghai Optics) sehe ich keine Preise. Ich habe zwei Chinesen gekauft, beides mal weggeworfenes Geld. Das erste war ein 532-nm-Laser mit 100 mW, Kühlkörper, Kollimator und Netzgerät. Die Kollimatorlinse lief in Plastikgewinde und fiel nach ein paar Umdrehungen raus. Die Strahlqualität miserabel. Dann habe ich einen Roithner-Laser mit 50 mW gekauft, mit bester Strahlqualität. Erst damit habe ich genügend Licht in die Glasfaser bekommen. Der zweite Reinfall ein Sperrfilter für 532 nm. Habe mich damit immer über starke Störungen im Spektrometer gewundert, bis ich dann herausgefunden habe, daß der Filter bei 532 nicht die versprochenen OD6 hat, sondern viel weniger. Nach meinem Urlaub nehme ich das Ding aus dem Schrank: geplatzt, ein dicker Sprung drin, einfach so. Die Firma gibt es denn auch nicht mehr bei ebay.
Dann gab's einen Thorlabs FEL0550-1, der läßt aber zu spät durch. Am besten war der AHF RET537 LP, auf den die Firma sogar 3 Jahre Garantie gibt. Der kostet aber deutlich mehr als 500, nämlich rund 660 EUR. Der Superfilter wäre natürlich schön, aber ich hatte die Wahl zwischen warmer Bude und RazorEdgeSperrfilter.
Edmund Optics hat nichts Brauchbares.
Hier ein Vergleich der Durchlässigkeiten (Beschriftung von oben nach unten):
(https://www.mikroskopie-forum.de/pictures013/335501_19575591.jpg)
Erstaunlich, was heute technisch möglich ist: innerhalb von 2..3 nm von 1 Millionstel Durchlässigkeit auf annähernd 100%.
Weiter wichtig der dichroitische Strahlenteiler, AHF RT 532 rdc. Laserfilter brauche ich anscheinend nicht, es kommt nichts anderes durch.
Laser: 100 mW ist schon fast zuviel, von meinen 50 mW kommen 18 mW im Präparat an, auf 2 µm Durchmesser. Damit kann man prima Löcher ins Präparat brennen. Schon deshalb brauchst Du ein Filterrad. Mit Glasfiltern, Plastik brennt durch.
Schutzbrille ist Pflicht, mindestens beim Aufbau. Gefährlich wird es bei Reflektion des Strahls direkt ins Auge! Das Streulicht sieht nur schlimm aus und stört, aber das Auge ist im Grünen sehr empfindlich, sieht deshalb beeindruckend hell aus.
Scan-Range 0-1900 cm-1 ist zu wenig, die CH-Banden liegen oberhalb 2700, also 3600 cm-1 sollte es schon sein.
Spektrometer: nicht zu unterschätzen ist der Software-Aufwand. Für mein ASEQ gibt es nichts, das mußte ich alles selbst programmieren. Wüßte auch nicht, daß es etwas Fertiges für die von Dir genannten Kameras gibt. Wellenlängen- und Laserkalibrierung nicht vergessen.
Glasfaseranschluß an Spektrometer: die Glasfasereintrittsfläche liegt derselben Ebene des reellen Bildes wie bei der Fotokamera, sollte zentrierbar sein. Ist irgendwo auf unserer Bonner Webseite beschrieben. Zur Einkoppplung des Lasers kann ich nichts sagen, weil ich ein sehr spezielles konfokales System habe.
Allgemein: die Anwendung bei geologischen Proben ist nichts Neues, für den Hobby-Mikroskopiker hat das schon DeRochette gezeigt (jm-derochette.be). Das ist Routine bei unserer Bonner Mineralogie, da stehen sogar zwei Raman-Mikroskope.
Ansonsten: Frohe Weihnachten und viele Grüße aus Bonn
Horst
Hallo Horst,
danke für deine Kommentare. Bezüglich der China-Käufe hast du sicherlich recht, bei den Preisen wäre ein Fehlkauf nicht sehr amüsant.
Lasermodul: Da ich im weiteren Sinne auch viel auf Arbeit mit optischer Messtechnik und Spektrometrie/Spektroskopie zu tun habe, habe ich auch schon einen grünes Roithner-Lasermodul geplant. Inwiefern die Laserwellenlänge bei Erwärmung bei den einfachen, nicht temperaturstabilisierten Modulen stabil bleibt, müsste man testen. 100mW habe ich übrigens schonmal zur Streulichtmessung verwendet, da kann man selbst in erstklassigen Quarzglas die Laserspur sehen, selbst nach mehreren Reflexionen. Die Laserbrille habe ich schon eingeplant, auf Arbeit bin ich auch für mehrere Laser verantwortlich. Wäre sicherlich urkomisch, wenn ich mir die Augen in meiner Freizeit wegbrutzle.
Bezüglich Filter denke ich auch, dass das FHR-Set am Vielversprechendsten ist. Ich vermute aber auch ganz stark, dass der Laserlienienfilter wahrscheinlich nicht notwendig ist. Soweit ich mich belesen habe, gibt es auch bei den ultra-schmalbandigen Filtern einige Probleme mit undefinierter Polarisation oder falls man nicht ideal kollimiert (mit Winkelspektrum) auf den Filter geht. Da ist die schöne schmalbandige Kante recht schnell auf normales Niveau verschliffen. Nach meiner Recherche wäre aber auch diese LP-FilterSerie bei Edmundoptics einigermaßen vergleichbar: https://www.edmundoptics.eu/f/laser-line-longpass-filters/13020/ Ist aber preislich auch die selbe Liga.
Apropos Scan-Range, die 0-1900cm-1 ergeben sich durch das 1200er Gitter und die 27mm CCD. Das Horiba-Spektrometer hat auch einen speziellen Scanmodus, da kann man auch für einen größeren Scanbereich on-the-fly scannen oder entsprechend Spektralbereiche aneinander stitchen. Für eine Einbindung per Software gibts hier DLLs, da das Spektrometer doch noch recht aktuell ist.
Da die Kameras sowieso mit einer anderen Software ausgelesen werden, habe ich hier 2 Softwarepakete, welche auch schon recht gut für Verwendung in der Spektroskopie angepasst sind. Ich plane aber die Hardware möglichst in der freien Micromanager-Software (https://micro-manager.org/) einzubinden, da ich das Leica-Mikroskop eh damit steuern möchte. Die Kameras und das Spektrometer tauchen zumindest in der Hardware-Kompatibilitätsliste auf, habs aber noch nicht ausprobiert. Etwas Programmiererfahrung mit ImageJ, dem zugrundeliegenden Programm, habe ich.
Bezüglich Aufweitung des Laserstrahls hätte ich an einen monolithischen 1-4x Beamexpander gedacht, damit der kollimierte Strahl auf ~10mm Durchmesser kommt. Kannst du sagen, wie das bei dir realisiert ist, ne Thorlabs-Schiene mit Linsen würde sicherlich auch gehen.
Die Einkopplung ins Spektrometer würde bei mir übrigens nicht mittels Faser erfolgen, sondern da ich eh ein Inverses Mikroskop verwende, über eine Direktankopplung des Spektrometers an einen der seitlichen Ports. Das Mikroskopbild mit dem hellen fokussierten Laserspot wird dann auf den verstellbaren Eingangsschlitz des Spektrometers projiziert. Mal schaun wie gut das funktioniert, denn der Laserspot muss dann sehr genau den Schlitz treffen. Zur Not hätte ich auch noch eine entsprechende Faserkopplung da.
Bezüglich Wellenlängenkalibrierung des Spektrometeraufbaus habe ich schon einiges an Erfahrungen gesammelt (aus meiner Astrophotografie-Karriere ;)). Man kann hier bspw. die kleinen Neon-Glimmlampen von Leuchtstofflampenstartern verwenden (bspw. Typ Relco-480, hier sind die ganzen regelmäßig verteilten Spektrallinien aufgelistet: https://www.ursusmajor.ch/downloads/sques-relco-sc480-calibration-lines-5.0.pdf). Oder auch für das RamanSpektrometer selbst, mittels "Spektralon (weißes aufgeschäumtes Teflon)", da es recht viele scharfe RAMAN-Linien hat.
Ein Beispielspektrum vom RELCO-Starter habe ich vorhin erst aufgenommen. Hab mal einen schnellen Screenshot davon angehängt.
Wünsche auch ein frohes Fest und Lg
Tino
Hallo Horst,
du hast natürlich meine Anspielung richtig verstanden.
Danke für deine Zusammenfassung deiner bisherigen Erfahrungen und Enttäuschungen.
Wie ich aus Tinos und deinem Bericht ersehe, ist bei euren Ansätzen viel Teil-Automatisierung im
Spiel.
Einen steuerbaren Grau-Filter-Revolver zu integrieren macht sicherlich Sinn.
,,Habe mich damit immer über starke Störungen im Spektrometer gewundert, bis ich dann herausgefunden habe,
dass der Filter bei 532 nicht die versprochenen OD6 hat."
Könnte ein Hinweis auf die Artefakte in meinen Spektren sein, da ich genau den geleichen Type benutze.
Der AHF RET537 LP Filter ist wahrscheinlich ein konkreter Schritt in die richtige Richtung.
Roithner-Laser -Technik hat da einiges an 50mW Lasern auf Lager von einfachen Dioden bis gekühlte Module und man muss beurteilen können,
welche Anschaffung sinnvoll ist und welche überflüssig.
Noch´ nen schönen Feiertag
Jürgen
Hallo liebe Mineralien- und RAMAN-Begeisterte und natürlich auch alle Anderen,
ich habe nun doch nach einiger Zeit das RAMAN-Mikroskop-Setup fertiggestellt und möchte vom "First-Light" und den ersten Messungen berichten.
Der Grundaufbau ist in etwa wie schon damals geplant (siehe 7 Beitrage weiter unten) und zwar in etwa folgender:
1. Mikroskop LEICA DMI6000CS (Inverses Mikroskop, eigentlich für Confocal Scanning, 5 mot. umschaltbare Ports (Vis + 2x Kamera + 1 x CS-Port + 1x unter dem Mikroskop), motorisierter Tisch, motorisierter Z-Fokus, Fluoreszenz-Auflichteinheit, 6fach Fluoreszenz-Filterwechser, Standard HC Fluotar-Objektive 5x, 10x, 20x Long Distance)
2. Laser ~20mW 532nm DPSS-Laser-Modul
3. RAMAN-Filterset von AHF (1x 45° dichroitischer Strahlteiler in Leica-"Leer"-Filtercube eingebaut, 1 x LongPass 537nm in Schieber eingebaut)
https://www.ahf.de/en/products/spectral-analysis-photonic/optical-filters/filter-sets/raman-sets/2360/532-nm-raman-et-lp-filter-set?c=511
4. Spektrometer HORIBA IHR320 mit 3-Gitter-Drehturm (1200Lp/mm Blaze 630nm, 600Lp/mm Blaze 1000nm, 1200Lp/mm Blaze 330nm),
Multimode-Faserkopplung 25µm-Kern
5. Kamera Princeton-Instruments PI NTE CCD-1340_1300-EMB, (wird noch auf vorhandene HORIBA Syncerity KAMERA mit 2048px CCD umgerüstet)
6. Kalibrierung mit Neon-Glimmlampe Relco SC480, oder Si-Wafer, oder Spectralon (weißes Teflon)
Anbei ein paar Impressionen vom Aufbau:
Bild 1: Laser mit Justierung
Bild 2: Filterwürfel mit 45° Strahlteiler im Filterwechsler
Bild 3: Filterschieber mit Kantenfilter
Bild 4: Motorisierter Tisch mit Gerümpel ;)
Bild 5: Niedrigauflösendes (1nm) einfaches Faserspektrometer zum Test
Bild 6: Hochauflösendes abbildendes Gitterspektrometer IHR320
Bild 7: Linke Seite des Mikroskops mit CS-Port, noch ohne Faserkopplung
Bild 8: Diamantkorn auf Diamantsägeblatt (Mikroskopaufnahme), Lumineszenz und RAMAN ist schon zu erkennen
Bild 9: Niedrigauflösendes Spektrum von Teflon
Richtige Messungen folgen ;):
Lg Tino
Änderung: Bildgröße aufgrund verbesserter Darstellung geändert
Nachdem ich einige Zeit mit der Justage und der Optimierung der Einkopplung verbracht habe, war der Laserspot auch ausreichend klein (2-3µm) und das hochauflösende Spektrometer mit Kamera konnte in Betrieb genommen werden. Die Kalibration mittels der Glimmlampe hat auch sehr gut funktioniert und die Software und die Auswertung ist jetzt auch Ready.
Die Spektren sind leider verkehrt herum, da die Kamera 180° verdreht ausgelesen wurde. Ging leider nicht so einfach Rückgängig zu machen.
Erstmal ein paar Kalibriermessungen:
Bild1: Spektrum der RELCO SC480 Kalibrationslampe; 1200er Gitter, 20x Objektiv, 4x5s Belichtungszeit
Bild2: Si-100-Wafer, markante Linie bei 520cm-1; 1200er Gitter, 20x Objektiv, 4x5s Belichtungszeit
Bild3: Teflon-Fingerprint; 1200er Gitter, 20x Objektiv, 4x5s Belichtungszeit
Lg Tino
Hallo Reinhard und alle, denen Raman-Spektroskopie noch nicht viel sagt,
im Bärtierchenjournal (https://baertierchen.de/tardigrada.html) Februar2017 bis August 2017 ist eine schöne Einführung mit ein paar Beispielen unter anderem, der Nachweis von Karotin in einem roten Bärtierchen.
LG Gerd
EDIT: Sorry, ich hatte nicht gemerkt, dass hier ein alter Faden ausgegraben wurde. Reinhards Frage war von 2020 und ist sicher schon beantwortet, die Einführung ist trotzdem gut.
Hallo Gerd, hallo Reinhard,
ich habe den etwas älteren Faden wieder reaktiviert, da ich denke dass hier recht interessante Infos bezüglich der RAMAN-Mikroskopie zusammengetragen sind. Es gab auch keine klassiche Eingangsfrage, sondern eine Vorstellung des Messprinzips und eine eingehende Diskussion dazu. Ich hatte diesbezüglich vor einigen Monaten meine Planung eines Aufbaus zur Diskussion gestellt und wollte mich explizit darauf beziehen. Falls es für alle Interessierten etwas praktischer ist, die Fäden nicht allzu lang werden zu lassen, kann ich auch gerne einen Neuen eröffnen.
---
Vllt. etwas Allgemeines (and die Administration), kann man die Darstellungsgröße der eingefügten Bilder noch nachträglich verkleinern? Diese sind leider etwas aufdringlich groß geworden. In der Vorschau des Beitrags werden leider die Bilder nicht dargestellt.
Vg Tino
Hallo nochmal
und anbei ein paar schöne Beispiele, was RAMAN-Spektroskopie/Mikroskopie eigentlich kann und warum es sich lohnt den hohen Aufwand dafür zu betreiben.
Bild1: RAMAN-Spektrum einer Diamantspitze eines Glasbeschriftungsstifts. Der RAMAN-Peak bei 1332cm-1 ist charakteristisch für Diamant und repräsentiert bestimmte genau definierte Kristallschwingungen. Man kann durch eine extrem genaue Bestimmung der Peak-Position bspw. Rückschlüsse auf Materialspannungen, Verunreinigungen usw. ziehen. Sogar die Temperatur lässt sich damit messen. Aber leider nicht mit meinem Setup.
Bild2: RAMAN-Spektrum von Glimmer
Bild3: RAMAN-Spektrum von Wavellit
Bild4: RAMAN-Spektrum von natürlichen Olivin, aus einer vulkanischen Olivin-Bombe. Hier gibt es zwei charakteristische Peaks, bei etwa 820cm-1 und 850cm-1, aus welchen sich bei sehr genauer Bestimmung der jeweiligen Peak-Positionen zerstörungsfrei die Zusammensetzung, bzw. das Verhältnis von magnesiumhaltigen Forsterit und eisenhhaltigen Fayalit bestimmen lässt. https://de.wikipedia.org/wiki/Olivingruppe
Das gilt dann auch bespielsweise für meteoritisches Olivin, welcher dann interessante Rückschlüsse auf die Bildungstemperaturen usw. zulässt. Dies interessiert mich hierbei besonders, aber dazu später mehr.
Vg Tino
Änderung: Diagrammskalierung Glimmer korrigiert, Rechtschreibung
Hallo Tino ,
professioneller Aufbau und Equipment. Wow!
Ja , der Doppelpeak des Olivin , der ist natürlich für eigne von uns das Ziel , wie ich es schon mal ganz kurz in
Antwort # 6 angesprochen habe. Entscheidend ist natürlich, dass man die benötigte Auflösung des Doppel-peaks und dessen Position hinbekommt.
Bin auf deine Fortsetzung gespannt!
LG
Jürgen
Hallo Jürgen,
danke. Wie du bereits geschrieben hast, die Olivin-Bestimmung erfordert leider eine sehr geringe Messunsicherheit des Spektrometers, sowie eine ausreichend hohe Auflösung.
Die interessanten Messungen spielen sich in einem Bereich von 815cm-1 bis 825cm-1 sowie 847 cm−1 to 857 cm−1 ab, was etwa 10cm-1 oder 0,3nm in Wellenlängeneinheiten entspricht und die Peaks liegen leider nur etwa 32cm-1 oder etwa 1nm auseinander.
Die Messunsicherheit einschließlich Kalibrierung sollte dann wohl schon etwa +/-1cm-1 oder +/-0,03nm betragen. Hmm, hier wirds schon echt knifflig.
Ich denke, dass ich mit meinem Aufbau und sorgfältiger Kalibrierung schon in etwa in den erforderlichen Bereich komme. Hab jetzt noch keinen Offset korrigiert, sonderen die Kalibrierung nur aufgrund der NeAr-Kalibrierlampe und quadratischer Approximation durchgeführt. Die spektrale Auflösung ist aber leider nicht ganz so gut wie gedacht, sondern nur so etwa 0,3-0,4nm, ist aber vermutlich bereits ok. Auch der Laser muss dann schon ziemlich genau und stabil sein, vllt muss ich auch nochmal über eine Temperaturregelung nachdenken.
Lg Tino
Ps. Ein kurzes Snipplet zur Info: https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2021/EPSC2021-586.html?pdf
Hallo Tino,
perfekt! Glückwunsch zum funktionierenden System!
Die Bilder würde ich nicht verkleinern, finde ich gut so.
Zur Lasertemperatur: da würden mich mal Ergebnisse zur Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge interessieren. Nach unseren Erkenntnissen liegt die typische Tuningkurve bei 3-5 GHz pro Kelvin, zumindest bei meinem grünen Roithner-Teil. Vielleicht ist der Laser auch so stabil genug. Man muß halt bei jeder Messung mit Diamant kalibrieren.
Viele Grüße aus Bonn
Horst Wörmann
Hallo Horst,
ich hatte mal zur Wellenlängenabhängigkeit von einem ND:YVO4 DPSS mit 532nm folgenden Artikel gefunden:
https://link.springer.com/article/10.1007/s12596-022-00968-z
Dort wird von 12,9pm/K ausgegangen. Außerdem schwingen bei den gewöhnlichen Lasermodulen anscheinend mehrere (2 oder 3, jeweils von Strom und Temperatur abhängig) Longitudinalmoden gleichzeitig an, welche für wirklich schmalbandige Anwendungen herausgefiltert werden müssen. Diese sind beim 2-modigen Anschwingen, jeweils orthogonal polarisiert und können durch eine Polfilter selektiert werden.
Vg Tino
Hallo Tino,
da habe ich was falsch verstanden. Bei uns ging es um die Wellenlängenverschiebung des Lasers, um SERDS zu machen und die Fluoreszenz wegzurechnen. Das geht nicht mit dem DPSS-Laser, da reichen die 0,013 nm/K nicht aus.
Für mich ist die größte Fehlerquelle die exakte Wellenlängenkalibrierung mit den Neon-Linien. Das Maximum müßte man eigentlich nach Kurvenanpassung mittels Gaußkurve bestimmen, andernfalls liegt das scharfe Maximum der Linie mal auf der einen Diode, mal auf einer knapp daneben. Das habe ich aber noch nicht hingekriegt. Die Unsicherheit der Kalibrierung halte ich für größer als kleine Temperaturshiften beim Laser.
Viele Grüße
Horst
Hallo Horst,
ich habe mir kürzlich die Spektroskopiesoftware Spektragryph (https://www.effemm2.de/spectragryph/) angeschaut und die ist wirklich erstklassig. Ist auch frei, wenn man kein Buiness betreibt. Hier kann man alles sehr komfortabel beschriften, Peaks anfitten, RAMAN-Shifts berechnen, Baselines abziehen, auch im Batch, eigentlich alles was das Spektrokopikerherz begehrt. Ich denke der Jürgen hat die Vorgängersoftware Spekwin32 bereits in Verwendung, die kann auch schon fast alles.
Die nachfolgende Gauss-Fit-Auswertung der Peaks der Neon-Glimmlampe hat damit beispielsweise keine 2min gedauert (Die Kalibrierung der CCD beruht nur auf der Glimmlampenmessung. Hierbei ist auch zu sehen, dass der 532er Laser eigentlich 531,94nm hat, was schonmal -2cm-1 Offset bedeuted):
Lg Tino
Und hier nochmal speziell für Jürgen ein paar schnelle RAMAN-Spektren von einem schlecht polierten Test-Meteoriten:
Lg Tino
Hallo Tino ,
recht herzlichen Dank für die Spektren von deinem Meteoriten.
Die rote und grüne Linie scheinen reine Olivine zu sein, wo hingegen die gelbe Line eine Schnittmenge von Olivin und Pyroxen zu sein scheint.
Eindeutig ist die graue Line für den reinen Pyroxen mit seinen vier charakteristischen Peaks.
Die Legende lässt vermuten, dass du mit einem 20X Objektiv gearbeitet hast. Vielleicht habe ich es weiter oben überlesen, aber wie groß ist die
laterale Ausdehnung des Messpunktes bei dieser Messung?
LG
Jürgen
Hallo Jürgen,
danke für die Mineralienbestimmung, hab ich auch in etwa so eingeschätzt. Hätte gerne auch schon ein paar exotische Hochdruckminerale gefunden, aber der Meteorit ist wahrscheinlich nur gering geschockt. Zumindest habe ich auch keine Schmelzadern, PDFs und PFs auf die schnelle gefunden.
Hab aber noch einige Meteoritendelinquenten, welche sich diesbezüglich zu untersuchen lohnen.
Der Spot ist mit dem 20er Objektiv übrigens ganz sicher <5µm, kann aber auch gerne 1-2µm sein, habs aber noch nicht wirklich gemessen. Hätte auch eine Auflösungsteststruktur da zum Messen, kommt noch. Zumindest sieht man bei diversen Proben leider schon die Hitzeeinwirkung des Spots mit dem Mikroskop. Muss wahrscheinlich die Leistung des Lasers doch noch etwas mit Grau- oder Polfilter herunterregeln. Muss mal schauen, ob ich nicht doch noch einen quasikonfokalen Modus mit einem Pinhole hinbekomme.
Lg Tino
Ps. Hab auch nochmal ein Übersichtsbild angehängt, an welchen Stellen die Balkenchondren-RAMAN-Messungen des vorherigen Diagramms durchgeführt wurden. Leider sind die Spots aber nur sehr schwach zu erkennen, daher die gelben Kringel.
Hallo liebe Raman-Interessierte,
ich komme nun endlich mal wieder dazu, etwas zu meinem DIY RAMAN-Mikroskopaufbau zu schreiben. Nachdem ich noch einige Optimierungen und Verbesserungen vorgenommen habe, funktioniert der Aufbau nun doch ziemlich gut.
Nachfolgend erstmal einige Erfahrungen und Verbesserungen bezüglich des verwendeten Lasers:
1. 532nm-Lasermodul von Roitner (10mW)
- Ergebnisse der Leistungsmessung:
- Ausgangsleistung~11mW,
- Leistung auf der Probenoberfläche~8mW (mit Strahlteiler/Filter von AHF und 40x LD-Leica Fluotar-Objektiv)
- bei gut fokussierten 8mW auf der Probenoberfläche gibt es schon einige Probleme mit Erwärmung (selbst bei recht stabilen Mineralien)
- Leistung mit Pol-Filter in S-Polarisation~3,5mW (Polarisation hat leichten Einfluss auf RAMAN-Spektrum, bspw bei (100)-Silizium)
- das erste Lasermodul hatte leider einen zweiten deutlichen (7-10%) Wellenlängenpeak etwa +0,8nm neben dem nominellen 532nm-Peak
- dieser führt zu einem deutlichen Doppelpeak der Si-RAMAN-Line, siehe angehängtes Bild1
- das Ersatz-Modul war diesbezüglich unauffällig, also kein Doppelpeak und somit auch keine Doppellinien mehr
Lg Tino
Vielleicht auch gleich nochmal ein paar Kommentare, welche Objektive eigentlich Verwendung finden sollten.
Vorweggenommen ist das RAMAN-Signal ziemlich stark (mehr oder weniger quadratisch) abhängig von der NA des verwendeten Objektivs und zwar
aus 2 Gründen.
Erstens fokussiert ein hoch-NA-Objektiv die kollimierte Laserstrahlung besonders gut, dh. die Intensität steigt quadratisch mit dem kleineren Sportdurchmesser. Diesbezüglich muss man aber auch darauf achten, dass das Objektiv möglichst komplett ausgeleuchtet ist.
Ein nur zum Teil ausgeleuchtetes Objektiv (Durchmesser des Laserstrahls klein im Verhältnis zur Austrittspupille des Objektivs) erreicht nicht die beste Auflösung, bzw. den kleinsten Spot, da die NA nicht voll ausgenutzt wird.
Zweitens bewirkt eine große NA des Objektivs auch ein effektiveres Einsammeln des erzeugten RAMAN-Lichts, da dieses Isotrop abgestrahlt wird.
Ich habe diesbezüglich auch gleich eine Testreihe mit meinem Objektivpark gestartet und noch ein paar "bessere" Alternativen nachbestellt.
Siehe anhgehängtes Bild1:
Hier schneidet das 150x0.95 sehr viel besser ab, als bspw ein ähnlich hochauflösendes 50x0.90, und zwar obwohl die NA ziemlich gleich ist. Hier ist die bessere Ausleuchtung der Autrittspupille des 150er Objektivs ausschlaggebend, da mein Beleuchtungslaserstrahldurchmesser doch recht klein ist und die Austrittspupille des 50er Objektivs (3mal so große Austrittspupille wie das 150er) nicht gut genug ausleuchtet. Man müsste dann den Laserstrahl durch eine Zusatzoptik aufweiten, damit das 50er Objektiv auch optimal verwendet werden kann.
Das 150x0.95 stellt somit in etwa das Optimum dar, mit ungefähr 4x so viel RAMAN-Signal, wie das vorher von mir verwendete L40x0.60.
Abschließend auch nochmal ein Bildvergleich der RAMAN-Spektren von Silizium mit unterschiedlichen Objektiven, siehe Bild2.
Lg Tino
Ps. Das DG im Objektivnahmen bezeichnet Objektive mit Deckglaskorrektur. Diese sind natürlich ohne Deckglas optische nicht so Optimal.