光電催化高溫催化在線原位（wèi）拉曼測試係統

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BRS-GPPC高溫催化在線原位拉曼測試係統

型號：BRS-GPPC

產地：北京

簡（jiǎn）介：CEL-BRS是以高重頻脈衝激光器和2DSPC®門控單光子（zǐ）相機為核心，以納秒門控選通技術以及陣列（liè）探測器為基礎，精準探（tàn）測每個收集到的光子的檢測手段。在使用CEL-BRS時無需考（kǎo）慮傳統拉曼技術固...

立（lì）即聯係

總述：

CEL-BRS是以高重頻脈衝激（jī）光器和2DSPC®門控單光子相機為核心，以納秒門（mén）控選通技術以及陣列探測器為基（jī）礎，精準探測每個收集到的（de）光子的檢測手段。在使用CEL-BRS時無需考（kǎo）慮（lǜ）傳（chuán）統拉曼技術（shù）固有的各種製約因（yīn）素，甚（shèn）至在（zài）室外日光條件下可輕（qīng）鬆獲得遠距離物質的拉曼信號，可以大幅抑製背景輻射、環境光（guāng）等（děng）帶來的幹擾。其應用領域主要有高溫（wēn）冶金拉曼檢（jiǎn）測，光催化在線拉曼檢測，燃燒/等離子產物拉曼檢測。下麵主要基（jī）於光催化在線拉曼檢測係（xì）統具體闡（chǎn）述 CEL-BRS的（de）使用方法。

1.係統組成：

光催化（huà）在線拉曼檢測係統主要包括：微型光熱催化微反係統（tǒng）（適配高溫GPPCM，高溫高壓GPPCT），CEL-BRS檢（jiǎn）測係統（tǒng）。如下圖1.1所（suǒ）示。

圖1.1 光催化在線拉曼（màn）檢測示意圖

1）微型光熱催化微反係統：

微型光熱催化微反係統（tǒng）適用於光熱（rè）協同催化、光催化劑的評價及篩選，以及光催化的反應動力學、反應曆程等的研究。例如：催（cuī）化劑材料的製備、催化（huà）劑材料的活性評價、光解水製（zhì）氫、二氧化碳還原等。主要包括熱反應係統和光反應係統。

熱反應係統采用加熱爐給石英反應（yīng）器加熱（rè），可滿足透光的要求，同時保證實（shí）驗過程中（zhōng）穩（wěn）定的強高溫。

光反應係統采用可模擬太陽光光譜的（de）高功率氙燈（dēng）光源。光源覆蓋200-1100nm全光譜段，如下（xià）圖1.2所示，且光能量輸出集中。電源與燈箱分體設計，燈箱采用太陽花風冷散熱形式。光路結構采用多次濾光結構（gòu），可兼容（róng）不同濾（lǜ）光片，滿（mǎn）足不同需求，不同（tóng）規格的應用（yòng）。

圖（tú）1.2 氙燈光譜（pǔ）圖

係統整體采用控製模塊加觸摸屏內置（zhì）組態（tài）軟件的控製方式，智能調節，先進算法等，同時配有：進料穩流係統、反（fǎn）應恒溫係統，產物收集係（xì）統、控（kòng）製係統（tǒng）等子係統。使得係統可以實現壓力顯示精度：±0.01MPa；溫度顯示精度：±0.1℃；溫度控製精度：±1℃；流量控製精度：±1%F.S等高精度指標。

2）CEL-BRS檢測

CEL-BRS由公司自主研發，以“納秒（miǎo）脈衝激光+2DSPC®納秒門控（kòng）單光子相機為（wéi）核心，基於（yú）時間選通的遠程在線拉曼測試係統。主要（yào）包括（kuò）激光激發（fā）和（hé）拉曼檢測兩部分。激光激（jī）發，本係統采用被動調Q脈衝微片，波長532nm，脈衝能量40uJ，重複頻率2.5KHz，脈衝寬度<1ns的（de）激（jī）光器，通過光路整形，將激光耦合進（jìn）入光纖拉曼探頭，使光斑聚焦於（yú）檢測（cè）的樣品。探頭原理示意如圖（tú）1.3所示，激光光路示意圖如圖1.4所示（shì）。

拉曼檢測，激發樣品產生的拉曼信號通（tōng）過探頭，探頭出射端連接光纖，光（guāng）纖後（hòu）端放置準直器，以及柱透鏡對拉曼光斑整（zhěng）形。光路圖如下圖（tú）1.5所示。調節光斑使其聚焦到光譜（pǔ）儀狹縫（féng）。光譜儀采用全自動光譜設備，內部采用經（jīng）典的C-T不（bú）對稱結構，且（qiě）具有像差自動校正功能。

拉曼信號通過光譜儀分光到達單光子相機。該係列單光子相機主要包括：3ns Gate單元，Delay Generator單元，Gain Control單元，其連接示意圖如（rú）下圖1.6所示。Delay Generator單元接受激光器外觸發，C端（duān）口接入單光子相機Sync端口，同時（shí）Gate端口接入3ns Gate單（dān）元的Trigger Input端口，由（yóu）Gate Output端口輸出到單光子相機Gate端，且Gain Control 單元I/O端口接入單光子相機I/O端（duān）口。各單元模塊的作用是（shì）可（kě）精準開啟單光子相機內部各個部（bù）件，達到時序同步一致。

圖1.6 單光子相（xiàng）機連接示意圖

該相機得益於納秒級（jí）高速電（diàn）子快門（mén）及皮秒級高精度（dù）時序控製，可根據指令捕獲某個精準時刻的（de）光子（zǐ）信號，其技（jì）術參數如下表1所示。

表1：單光子相機技術參數

辨率	1920*1200
等效像素（sù）	8um
最（zuì）短電子快門	<=3ns
電子快門重複頻率	300KHz
時序控製（zhì）時間/分辨率	0-10s/10ps
抖動	<35ps
幀頻	162fps@全畫幅

2.門控單光子拉（lā）曼工作原理

門控單光（guāng）子拉曼技術，以納（nà）秒脈衝激（jī）光器為激發源，以（yǐ）門控型二維麵陣單光子相機為探測器，基於距離選通原理（lǐ）實現探測目標拉曼信號的（de）時間（jiān）/距離分辨的（de）拉曼探測（cè）技術。

其結構包括：門控型單光子相機集成MCP像增強器、高壓增益（yì）模（mó）塊、時序模塊、門控模塊等。具有高增益、短門寬（kuān）、低噪聲特性；獨特（tè）的單光子計數模式（shì）可實（shí）現對弱（ruò）光（guāng）拉曼信號的有效探測，高精準時序選通技術對樣品拉曼信號切片式采集，實現抑製（zhì）背向散（sàn）射、熱輻射、環境（jìng）光等噪聲的（de）能力。

單光子計（jì）數原理，如下圖 2.1 所示，其大（dà）致原理如下：（a）單幀原始數據的單光子信號（hào）甄別；（b）根據單光子識別構成“0”和（hé）“1”的二維陣列，形成單幀（zhēn）單光子計數；（c）多幀單光子計數疊加；（d）單（dān）光子（zǐ）計數灰度值成像。

圖 2.1 單光子計數原理圖

（a）對每個像素元的單光子記（jì）錄進行甄別,（b)每個像素單光子11進行數字化，(c)多幀累加,（d)每個像素元（yuán）單光子計數灰度圖。

高重頻脈衝激光器的拉曼光譜係統時序控製原理如下圖2.2。其中，Δt為觸（chù）發高重頻（pín）脈衝激光與拉曼信號的時間（jiān）延遲，帶（dài）寬分別為ΔT1、ΔT2，其電子快門脈（mò）寬ΔT3>ΔT2，因單光子相機的幀頻低於脈衝激（jī）光器工作頻率，單光子相機對多脈衝信號的單（dān）光子計數進行累加采集，則在單光子（zǐ）相機單幀曝光時間（ΔT4）內累（lèi）加多個脈衝（chōng）信號。

圖2.2 門控單光子拉曼時序原理

門控單光子相機可實現（xiàn）單脈衝信號的高速響應和采集，可大範圍抑（yì）製各種噪聲，門控選通技術對噪聲的抑製原理如下圖2.3所示（shì）。

圖 2.3 門控選通技術對噪聲抑製原理（lǐ）示意圖（tú）

3. 光催化在線拉曼檢測係統操作說明

催化劑填充

光熱催化微反係統（tǒng）開機

CEL-BRS 開機采集

開（kāi）啟激光器，確（què）認光路無偏移，確認聚焦光斑無變化（huà）。同（tóng）時確（què）認CEL-BRS係統（tǒng）如圖1.6所示連接。

打開Delay Generator單元Switch開關（guān）；

打（dǎ）開Gain Control單元220V開關按鈕，正反（fǎn）麵如（rú）下圖3.8所（suǒ）示，圖3.9所示。

打開光譜儀開關。
雙擊桌麵軟件。
等待10秒鍾，顯示界（jiè）麵如下圖3.10所示。

圖3.10 軟件界麵圖

點擊<采集設置>按鈕，彈出如下（xià）圖（tú）3.11所示窗口。且右（yòu）下角綠色指示，證明整個CEL-BRS設備通（tōng）訊正常。

圖3.11 初始界麵顯示

設置<相機設置>與<通道設置>相關參數如（rú）下圖3.12，3.13所（suǒ）示。

圖3.12 相機設置窗口參數

圖3.13 通道設置窗口（kǒu）參（cān）數

打開<光（guāng）譜儀>選項，，點擊連接光譜儀，光譜儀選擇MS2004，參數設置（zhì）如（rú）下圖3.14所示（shì）。點擊Shutter開啟。

圖3.14 光譜儀設置參數窗口

參數設置好，點擊標題欄的<單幀>按鈕，軟件出現單幀采集界麵，如下圖（tú）3.15所示（shì）。單幀模式適合單次測量，實時觀察樣品信號。

圖3.15 單幀測試模式窗口

在有些原（yuán）位拉曼測試中，需要長時間測試拉曼信號，軟件自動保存數據，需要設（shè）置<間隔拍攝>參數（shù），如下圖3.16所示。設置需（xū）要保存（cún）文件的路徑與文件名。根（gēn）據實（shí）際需要監測情況，設置間隔時間，以及（jí）總測（cè）試幀數。圖中表示（shì）每5分鍾測試一次，共測試3小（xiǎo）時。