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Die alphaCART Raman-Sonde kann flexibel vor sperrigen, unbeweglichen oder wertvollen Objekten positioniert werden, die nicht zu einem Mikroskop transportiert werden können oder nicht unter eines passen.
Die hohe Konfokalität und Signalempfindlichkeit des Systems ermöglichen Messungen durch Schutzglas oder Fenster hindurch, was die Untersuchung von Gasen und chemischen Prozessen in Reaktionskammern und anderen Gehäusen ermöglicht. Forschende der Kunst, Archäologie, Geo- oder Materialwissenschaften werden von diesem vielseitigen und leistungsstarken Analyseinstrument besonders profitieren.
Das alphaCART-System nutzt die fortschrittliche Optik und das modulare Design der bewährten Raman-Mikroskope der WITec alpha300-Serie und profitiert von WITecs langjähriger Erfahrung mit Faserkopplung. Laser, Sonde und Spektrometer sind über optische Fasern verbunden, was höchsten Signaldurchsatz und eine optimale Strahlform gewährleistet. Damit bietet alphaCART die gleiche beugungsbegrenzte räumliche Auflösung und Konfokalität und überragende Signalempfindlichkeit wie alle alpha300-Systeme von WITec.
alphaCART ist in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, um Ihre spezifischen Anforderungen hinsichtlich Anregungswellenlänge und Spektrometereigenschaften zu erfüllen. Für die detaillierte Probenuntersuchung stehen eine Weißlicht-Beleuchtung und eine Farbbildkamera zur Verfügung. Datenerfassung und -nachbearbeitung werden mit der neuesten WITec Software Suite gesteuert.
Das komplette, eigenständige alphaCART-System ist in einem kompakten rollbaren Flighcase untergebracht, in dem alle Komponenten einfach und sicher zu Experimenten vor Ort transportiert werden können. Zusätzlich kann die Raman-Sonde an ein stationäres alpha300 Mikroskop angeschlossen werden, um die Flexibilität im Labor zu erhöhen.
Die flexible Positionierung der alphaCART Sonde, sowie ihre hohe Konfokalität und Signalsensitivität ermöglichen die zerstörungsfreie Analyse von:
Die hohe Konfokalität und Signalempfindlichkeit von alphaCART ermöglichen Raman-Analysen von fluoreszierenden Materialien und schwachen Raman-Streuern, selbst wenn sich die Probe hinter Schutzglas oder in einem Glasbehälter befindet.
Zur Veranschaulichung wurde die Raman-Sonde vor einem gerahmten Poster positioniert, das ein Porträt von Sir C. V. Raman zeigt. Mit Hilfe der Weißlicht-Beleuchtung und der Videokamera von alphaCART wurde ein Teil des Posters vergrößert, sodass verschiedenfarbige Tintenflecken sichtbar wurden. Die Raman-Rohdaten, die an verschiedenen Positionen mit einem 532-nm-Laser aufgenommen wurden, waren teilweise von dem starken Fluoreszenzhintergrund der Farbe überlagert. Durch die Anwendung effizienter Algorithmen zur Hintergrundsubtraktion, die in der WITec Project Software enthalten sind, konnten die Raman-Spektren der verschiedenen Pigmente und des beschichteten Papiers extrahiert werden. Aufgrund der hohen Konfokalität des Systems blieb das Schutzglas außerhalb der Fokusebene der Messung, wodurch der Fluoreszenzhintergrund reduziert und die Detektion der Raman-Signale ermöglicht wurde.
Als tragbares System kann alphaCART für die Untersuchung von Objekten eingesetzt werden, die nicht in ein Labor transportiert werden können. Eine Raman-Sonde von WITec wurde in das Kunsthistorische Museum in Wien gebracht, um die bisher weitreichendste Analyse der Kaiserkrone des Heiligen Römischen Reiches durchzuführen.
Raman- und Photolumineszenzmessungen der 172 Edelsteine der Reichskrone wurden von Forschenden des Instituts für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien in der kaiserlichen Schatzkammer in Wien durchgeführt. Die Studie lieferte detaillierte Einblicke in diesen historischen Schatz, die im Journal of Gemmology veröffentlicht wurden (DOI: 10.15506/JoG.2023.38.5.448).
alphaCART ist ideal für die Überwachung chemischer Prozesse in Reaktionskammern geeignet. In diesem Beispiel wurde die Diamantbeschichtung eines Stahlwerkzeugs in situ durch das Fenster eines HF-CVD (Hot-Filament Chemical Vapor Deposition) Reaktors beobachtet. Hierfür war die Sonde mit einem Objektiv mit großem Arbeitsabstand ausgestattet. Ihre hohe Sensitivität und Konfokalität erlaubten die Detektion der teils schwachen Raman-Signale aus der dünnen Diamantschicht trotz der Schwarzkörperstrahlung der heißen Probe.
Diamant wird wegen seiner Härte, chemischen Inertheit und Beständigkeit als Beschichtung für viele technische Werkzeuge und Komponenten verwendet. Die chemische Charakterisierung des Materials in situ ist für die Prozessoptimierung vorteilhaft, beispielsweise um Spannungen im fertigen Werkzeug nach dem Abkühlen zu minimieren. Die außerhalb des HF-CVD Reaktors positionierte Raman-Sonde ermöglichte die temperaturkorrelierte Aufnahme von Raman-Spektren der Diamantschicht während des gesamten Beschichtungsprozesses und der anschließenden Abkühlphase. Aus den Raman-Spektren wurden die temperaturabhängigen sp3-Peakpositionen (um ca. 1330 cm-1) quantifiziert. Nach Abzug der temperaturabhängigen Raman-Verschiebung können daraus die thermischen Eigenspannungen sowie die Qualität der Diamantschicht ermittelt und Rückschlüsse auf kristallographische Veränderungen des Stahlsubstrats gezogen werden.
Daten freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Thomas Helmreich, Maximilian Göltz, Stefan M. Rosiwal, Lehrstuhl Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (WTM), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).
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