DIY Ramanspektroskopie im Mikroskop

[hugojun]

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

[Michael L.]

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

[wilfried48]

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

[horst]

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

[wilfried48]

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

[hugojun]

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

[horst]

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

[wilfried48]

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

[hugojun]

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

[wilfried48]

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

[TStein]

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

[hugojun]

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

[TStein]

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

[hugojun]

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

[Horst Wörmann]

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):


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