DIY-Raman-Mikroskop

[ChristianH]

Hallo Horst,
danke für Deine Kommentare. Werde mal versuchen, das Buch über Micro-Raman Spectroscopy zu beschaffen.
Klar ist gute Ausstattung teuer, deshalb musss ich wegen des leider begrenzten Etats Kompromisse eingehen. Macht zur Zeit aber trotzdem noch Spaß, insbesondere das Rumpuzzeln.

Stimmt, verdrehte Kanten-Filter haben neben der verschobenen Grenzwellenlänge leider auch eine "schlechtere" Filtercharakteristik, das habe ich früher mal an einem FELH0550 ausprobiert (siehe Beispiel). Trotzdem kommt man dichter an die Laserlinie ran, bei für mich immer noch akzeptabler Unterdrückung des Lasers. Die Transmission der Raman-Signale liegt bei mehr als 90%. Bei nicht verdrehtem Filter kann man ab etwa 550 nm messen, mit verdrehtem Filter ab etwa 543 nm. Mit einem 532 nm Laser und verdrehtem 550 nm Filter hatte ich mit dem alten Raman-Mikroskop z.B. die Raman Linie eines Si-Wafers bei 510 cm-1 gemessen (siehe Beispiel). Das war aber auch die Grenze. Hier war der Abstand zwischen Laserlinie und Filter-Wellenlänge 18 nm. Bei einem 638 nm Laser und 650 nm Filter sind es noch 12 nm Abstand, mal sehen wie weit ich damit komme.

In dem Buch von McCREERY wurden auch alternative Ansätze zur Einkopplung des Lasers ohne Strahlteiler beschrieben. Einer davon benutzt einen leicht verdrehten KAnten-Filter (siehe oben) als Spiegel für den Laser und koppelt den Laser dann leicht verkippt gegen die optische Achse in das Objektiv ein (siehe Bild).
Hast Du sowas mal ausprobiert?
Das Einkoppeln des Laser leicht verkippt gegen die optische Achse geht teilweise, das habe ich beim Justieren des Aufbaus oft unfreiwillig ausprobiert.     

Der kräftige Laser ist hoffentlich mit einem Strom-geregelten Netzteil in der Leistung einzustellen. Sonst muss halt ein ND-Filter ran. Habe da noch einen 10 cm langen Streifen mit variablem ND von 0 bis ND4. Gedacht ist der Laser für Raman an Festkörpern oder Flüssigkeiten.

[ChristianH]

Hallo Markus,

>"Ich habe gerade wieder Substanzen in Tropfen analysiert"
Was schaust Du Dir da an?
Ich bin gerade dabei, mich als als Rentner-Nebenjob bei ehemaligen Kollegen zu engagieren, die ein System für die Raman-Spektroskopie an Mikro-Plastik in strömenden Gewässer entwickeln. Interessantes Thema und technisch ziemlich anspruchsvoll. 

[Horst Wörmann]

Hallo Christian,

so wie in Deiner Skizze unten gezeigt, machen es unser Raman-Mikroskop und andere kommerzielle Hersteller. Leider kann ich die Spezifikationen des Filters nirgends finden, ich nehme an, dass es ein kundenspezifisches Filter ist. Diese Lösung ist die beste, weil sie Verluste an Filtern minimiert. Für mich leider nicht realisierbar, weil es mein Axioplan mechanisch nicht erlaubt, so einen seitlichen Strahlengang einzubringen. An Deinem Selbstbau ist es möglich, ein Versuch wäre interessant.
DPSS-Laser kann man nicht über den Strom regeln, da musst Du schon den Abschwächer nehmen.
Möchte auch gern wissen, was Markus  meint:"...aber an Laser würde ich nicht sparen." An Leistung oder an Qualität? Geht es hier nun um Raman-Mikroskopie oder um allgemeine Raman-Messungen an makroskopischen Proben? Da gibt es durchaus Unterschiede.
Viele Grüße
Horst
 

 

[ChristianH]

Hallo Horst,

>... machen es unser Raman-Mikroskop und andere kommerzielle Hersteller

Das ist interessant, ich kannte das Konzept erst aus dem Buch von McCREERY. Was für ein Raman-Mikroskop benutzt Du? Ich habe früher mit einem Renishaw InVia gearbeitet, das hatte, wenn ich mich richtig erinnere, einen Dicroitischen Strahlteiler in Kombination mit einem Kantenfilter.


> An Deinem Selbstbau ist es möglich, ein Versuch wäre interessant.
Finde ich auch. Da gibt es noch diverse Details zu klären, ist aber spannend. Eventuell frage ich nochmal bei Dir zurück, bevor ich mit dem Bauen anfange.

Viele Grüße
Christian 

[Horst Wörmann]

Hallo Christian,

das ist ein Horiba HR 800. Bin aber nicht dafür zuständig. Das hat einen dichroitischen "Super Notch Filter", erlaubt Messung ab 120 cm-1. Sonst ist kein Sperrfilter drin, möglich ist ein optionales Notch-Filter im Emmissionsstrahlengang.
Du hast doch ein Spektrometer und einen Laser-Leistungsmesser, sollte doch in einem provisorischen Aufbau möglich sein, Reflektion und Durchgang zu messen.

Viele Grüße
Horst

[nuplikon]

Hallo, die Tropfen gehören zu einer Wischprobe. Vor etwas mehr als 14 Tagen haben ein paar Leute aus einem Bürogebäude Dicke Luft gehabt. Die mussten immer Lüften, merkwürdige Symptome. Ich habe mir das dann erst einige Zeit danach angeschaut.

Mit einer Servierte die ganzen Büromöbel abgewischt, siehe da, die Servierte hatte Kontaminationen, habe das selber gemerkt, obwohl ich da fast mit einer PSA rangegangen bin. In ein Borosilikatgefäss gepackt, Alufolie u. Gummifletscher drauf gemacht, dann neben den Halogenheizstrahler gestellt.

Siehe da, Kondensat bzw. organischen Film am Glas gehabt. Also Gasprobe Warm, Kalt sowie Papierprobe im Glas u. ausserhalb. Die Gasproben waren schon witzig, das Raman zeichnet die nicht via den üblichen Baseline Peaks. Mit der KI habe ich alle Messungen "gestackt". Passt alles zusammen, sämtiche Messungen haben die selben Basis Peaks. Warm sieht man schön die Verdunstung.

Da das nicht für einen ID Scan reicht, habe ich dann gemäss der Messung, Pyridinrest, Referenzmaterialien via Tropfen vorgelegt, Liquid Nikotin u. Nikotinhydrolat. Hat alles gepasst. Da hat einer kein Tränengas hingeschmiert, vielmehr war da wohl Nikotin oder Nikotinanaloga im Spiel.

Das heisst dann x mal bzw. nonstop mit Spüli Putzen u. Lüften, es sei denn, man hat einen Eimer Toluol da. Forensisch ist das Zeug nicht gut sichtbar. Kein sinniges Thema, weil soviele Fragen offen bleiben, wer Clustert hochdosiertes Nikotin um Leute zu ärgern ?

Ich habe mir ein Zeiss Laboval4 Stativ geholt, kam eben an, da kann ich mir ein Mikroskop Probe draus bauen. Das System hat solche Würfel, die man zwischen Objektiv u. Trino plaziert. Da müsste ich ein paar gebrauchte auftreiben, das Zeug rausräumen u. Longpass, Notch usw. einbauen, dann wäre ich etwas weiter.

Das Schadwasserprojekt hat auch gerade eine witzige Phase, nachdem der Haussockel aufgegraben wurde, alles trockene Erde, ist kein Schadwasser mehr da. Der Sockel wurde verputzt u. bitumiert. Da Hydrostatik ein Druckphänomen ist, warten alle auf das Ergebnis. Kommt das Wasser wieder, wenn der Graben ausgefüllt wurde, oder bleibt es weg. Wie sehen die Huminwerte des ersten Schadwassers aus, wie evolutioniert sich das dann.

Da kommen schon ein paar Themen zusammen. 

   

[ChristianH]

Hallo Horst,
die Horiba HR sind schon beeindruckende Brocken. Eine benachbarte Arbeitsgruppe hatte von 2 Jahren ein LabRAM HR Evolution beschafft und ich durfte es mir mal anschauen, cooles Teil. Bis zu Details wie der Laser-Einkopplung bin ich aber nicht gekommen.   

>Du hast doch ein Spektrometer und einen Laser-Leistungsmesser, sollte doch in einem provisorischen Aufbau möglich sein, Reflektion und Durchgang zu messen.

Ja, das ist geplant. Aktuell ist noch der Doppelmonochromator installiert, aber mit dem Gitter des ersten Monochromators in der Nullten Beugungsordnung (Spiegel) sind trotzdem Messungen möglich. In ca. 2 Wochen bin ich aus dem Urlaub mit einem anschließenden kleinen Workshop zurück und es kann losgehen. Dann sollte auch der 638 nm Laser ankommen. Die hohe Laser-Leistung von 1000 mW berücksichtigt die 90% Verluste durch den geometrischen Strahlteiler. Bei einer Lösung ohne Strahlteiler wäre auch ein Laser mit weniger Leistung möglich. Das freut den Sicherheitsbeauftragten.
VG Christian

[ChristianH]

Hallo Markus,

Du machst ja spannende Sachen mit beeindruckender Analytik. Ist das noch im Hobby-Bereich?

Kann man die Filterwürfel für Dein neues Zeiss Laboval4 (Glückwunsch) eventuell 3D-Drucken? Bei grabcad.com gibt es Vorlagen für alles mögliche.

Benutzt Du einen Notch-Filter wegen der "besseren" Filtereigenschaften oder weil Du auch Anti-Stokes-Linien mit Energie höher als der Laser messen möchtest?

Viele Grüße Christian   

[nuplikon]

Hallo Christian,

der Notchfilter soll erstmal die Rayleigh Linie blockieren sowie die Stokes Linien durchlassen. Das mit OD sechs oder höher. Dann der Longpass 420nm auf gleicher Höhe, evtl. via Filterrad, erstmal ohne Motorisierung mit Keylock Sicherung.

3D Druck ist nicht mein Thema, ich mache mehr 2D CAD, via Muster wäre das eine Option. Ein Kunststoff Bajonett ist allerdings mehr etwas für den Prototypen Bau. Das ist eine gute Idee.

Ich hatte kein Laboval4 Mikroskop gekauft, nur das Stativ mit Kreuztisch. Sieht noch gut aus, Revolver sitzt fest, Triebe etwas schwergängig, sonst ok. Das wollte ich dieses WE wieder Fit machen.

Ich habe ein komplettes Zeiss Jena Lab mit Pol Tisch bei BW Optik gekauft, das ist mein Arbeitsmikroskop mit Kameraadapter usw. Das Lab kann man besser in den Schrank stellen als die westlichen Zeiss Mikroskope.

Was mir bisher an den Labs mit Super Trino nicht so gefällt, das ist, dass man fast 10 Minuten braucht, um aus zwei Bildern ein Bild zu machen, evtl. liegt das an den üblichen Brille Okularen, ich weiss es noch nicht, vieleicht hast Du eine Idee dazu ?

Ich betreibe das nicht berufsmässig, mein Junior begeistert sich für soetwas. Ich war in seinem Alter schon im Physikalischen Verein. Das passt ganz gut zu der Hobbyisten Rolle. Beruflich waren mehr XRF o. Fresenius Analysen aktuell. 

Die beschriebenen analogchemie Themen aus den Exkursionen haben sich derzeit in meiner Hobbyküche manifestiert, z.B. Grillhähnchen mit Thüringer Bratwurst Gewürzmischung hihi .... Ich bin allerdings trotzdem mehr der Markenware Fan. Wenn Firmen jede Woche an Verbesserungen Arbeiten, dann ist das Ergebnis vermutlich verlässlicher als ein 3 Welt Weitwurf.

VG Markus

[Horst Wörmann]

Hallo Christian & Markus,

Markus spricht in Rätseln...
Verstehe immer noch nicht, wie das Notchfilter und das Langpass 420 nm zusammenarbeiten. Das Notchfilter sollte doch die 532-nm-Raleigh-Linie komplett absperren mit OD 6. Die Raman-Emissionen liegen aber knapp ober- und unterhalb von 532 nm, wozu 420 nm Langpass? Die Frage nach Stokes/Antistokes stellt sich mir auch.
Und was ist "Motorisierung mit Keylock-Sicherung"? Schlüsselschalter für den Laser oder was?
Von den 1000-mW-Laser würde ich auch abraten mögen. Schon meine 50 mW brennen mir ein Loch in den Daumen.  Das ist nicht ungefährlich, die 90% Verluste = 900 mW erzeugen auch irgendwo Wärme, und die verbleibenden 100 mW im Präparat verkokeln alles. Aus dem Grund habe ich den kleinen Laser und ein dichroitischen Strahlenteiler, mit meinem Teilerwürfel habe ich es erst gar nicht versucht.

Viele Grüße
Horst

[TStein]

Hallo in die Runde, ich hab auch noch ein bisschen Senf .

Ich denke der Horst meint, dass der Notch-Filter eigentlich nur benötigt wird, wenn man unbedingt auch die Anti-Stokes messen will. Im Grunde ist die Herstellung eines steilen Notch-Filters ungemein schwieriger, als die eines steilen Kantenfilters, was sich dann natürlich im Preis niederschlägt. Hier könnte man auch nach holografischen Filtern Ausschau halten, anstatt der Hard-Coated-Variante. Aber ob die wirklich günstiger sind?
Ich habe in meinem Aufbau übrigens ein AHF-Raman-Filterset@532nm mit 200cm-1 Kantenfilter und Dichroit-Strahlteiler. Das funktioniert schon ziemlich gut, ist aber auch teuer (>1k€). Die gibt es eigentlich nie gebraucht, zumindest hab ich auf Ebay noch keinen passenden ausreichend steilen Filter gesehen. Interessant wäre es, ob man mehrere günstige Kantenfilter stapeln kann. Dann sollte die Filterkante entsprechend steiler werden. Die Frage ist dann, ob jeweils die nicht entspiegelte Rückseite Probleme macht. Wenn man die Dinger günstig kriegt, könnte das funktionieren.
Die oben dargestellte Einkoppelvariante ohne dichroitischen Strahlteiler klingt schon interessant, aber es bleibt natürlich die Frage nach der schlechteren Fokussierung, aufgrund der Off-Axis-Einkopplung. Die Intensität im Spot könnte dann schon abnehmen. Außerdem muss geometrisch ausreichend Platz für den Einkoppelspiegel sein, oder man macht ihn entsprechend klein und nimmt die Vignettierung in Kauf. Desweiteren wäre ein passender Durchmesser des kollimierten Laserstrahls wünschenswert, sodass die Pupille des Objektivs möglichst gut ausgeleuchtet ist. Dann ist auch der Spot am kleinsten. Vllt. noch was Praktisches, man sollte bei den 45° Umlenkspiegeln/-Prismen immer auch auf die Polarisation des Lasers achten, da gibt es hinschtlich der Reflexion in TE und TM schon einige Unterschiede. 
Bei meinem Aufbau skaliert die RAMAN-Intensität übrigens ziemlich stark mit der NA des Objektivs, da liegen Faktoren zwischen den niedrigvergrößernden Objektiven und dem hauptsächlich genutzten 150x-Objektiv mit NA=0.95, da die NA quadratisch eingeht.
Laserleistung ist im Grunde kein Problem. Ich hab gemessene 3.5mW im Spot und da brutzelt man schon bei nicht besonders stabilen Mineralien Löcher rein. Also da würde ich es nicht übertreiben, auch wegen der Augensicherheit. Ist natürlich nur ein Problem, wenn der Spot gut fokussiert ist, bei mir ist der Spot <0.5um.
Ich habe übrigens noch ein mehr oder weniger komplettes 785nm RAMAN-Setup für normale Spektroskopie mit einem guten ANDOR-Kamera Spektrometer, hab aber noch keine Lust und Zeit gehabt, das Ding aufzubauen. Und ein BW-Tek-MiniRAMAN Spektrometer (mit Laser) für 785nm. Aber das kommuniziert leider nicht mit der Software.

Lg Tino

Ps. Horst hat zwischenzeitlich schon geantwortet.     

[ChristianH]

Hallo,
im Hinblick auf die Kommentare und die Planungen zur Einkopplung ohne Strahlteiler habe ich jetzt zwei Laserdioden mit etwas reduzierter Leistung bei Ebay bestellt: einmal mit 638 nm und einmal mit 639 nm, beide haben knapp 200 mW (weniger gab es nicht...). Ich habe noch ein temperaturgeregeltes Gehäuse KLD101 von Thorlabs für Laserdioden, die müssen da beide reinpassen. Der Maximalstrom des KLD101 liegt bei 200 mA, das ist etwas knapp, die Dioden liegen maximal bei etwa 220 mA, aber die Leistung ist ja nicht das Problem. Der Threshold fürs Lasing liegt bei beiden Dioden bei 70 mA, das spricht für die Möglichkeit einer Leistungsregelung. Unterhalb des Threshold arbeitet ein Laser wie eine LED mit spontaner Emission und hat typischerweise ein sehr breites Spektrum. Erst oberhalb des Threshold arbeitet der Laser mit stimulierter Emission als Laser mit der gewünschten schmalen Linie im Spektrum. Bin gespannt.
VG Christian             

[nuplikon]

Hallo, erstmal die Erklärung, dass ich, inspiriert durch diesen Thread, an einem Multi Modal System evaluiere. Das bezieht sich immer auf Floureszenz, Raman, Spektroskopie in einem Mikroskop. Das Praktische ist, dass ich das alles selber kalibrieren kann. Ich muss also nicht am Raman Markt kaufen. Ich kann mir das Ergebnis einfach anschauen.

Ich habe nicht vor, alle Filter für eine Mikroskop Probe auszuprobieren. Ein guter Laser sollte nicht allzu breite Rayleigh Bereiche haben. Das Wichtige ist die gute Einkopplung u. das Freistrahl Notchen, der zweite Weg zum Spektroskop ist garnicht so kompliziert. Wobei das Spektrometer das richtige Gitter u. eine gute Verstärkung benötigt, das dann gut gekühlt, ohne Wasser im System.

Modus Raman Probe wollte ich Notchen, da guter Laser, Modus UV Floureszenz 420 Longpass Filter, weil witzige UV LED`s mit Shortpass Vorfilter. Das kann man mit beliebigen Filtern machen, ich habe es mir so vorgenommen. Beim Laser bin ich bei 785nm, da wird in der aktuellen Leistungsdichte nichts warm, wenn das ein Thema wäre, würde der mit weniger Leistung arbeiten. Der Laser hat eine übliche Keylock Buchse, die man schalten kann. Ein Laser ohne "Notch"-Filter kann schon sehr hell sein, deshalb will ich die Multi Modal Logik mit einer komplexen aut. Keylock Sicherung aufbauen. 785nm sieht man nicht, das ist für einen Prototyp einfach nur gefaehrlich.

Ungefähre Laserdots zur Berechnung der Leistungsdichte:

Mini-Raman: oft 50–200 µm Dot
Faser-Raman: 100–500 µm Dot
Raman-Mikroskop: 0,5–2 µm Dot

Im Mikroskop wird der Laser üblich aufgeweitet, dann erst Fokusiert. Man hat einen Mikro Dot, den man z.B. auf einzelne Bakterien ausrichten kann. Durch die Mikroskop Vergrösserung kann man das dann auch sehr gezielt ausrichten. Bei Tropfen wollte ich mich molekular nicht so exakt festlegen, da ist ein grösserer Dot meines Erachtens die simplere gemittelte Messmethode. Das ist ein gutes Thema, welcher Laser Fokus für welche Messung am sinnvollsten ist.

Das beschriebene Lab4 Stativ ist fast fertig, der Feintrieb funktioniert noch nicht, habe alles mit Silikonpaste gelagert. Habe noch nie gesehen, dass die Alterserscheinungen hat. Die Beleuchtung ist nicht so einfach zu ersetzen, da gibt es 200 Std. Halogen in Warm Weiss oder 2000 Std. Halogen. Ich habe die Birnchen mit dem besten CRI, Farbwiedergabe, geholt, die haben auch 2000 Std.

[Horst Wörmann]

Hallo Markus,

ich fürchte, das mußt Du mir erklären:
"Modus Raman Probe wollte ich Notchen, da guter Laser, Modus UV Floureszenz 420 Longpass Filter, weil witzige UV LED`s mit Shortpass Vorfilter. Das kann man mit beliebigen Filtern machen,..."
Davon habe ich ehrlich gesagt kein Wort verstanden.
Das auch nicht:
..das Freistrahl Notchen, der zweite Weg zum Spektroskop ist garnicht so kompliziert.
Freistrahl Notchen kenne ich nicht.
Wenn's nicht so kompliziert ist: dann bin ich auf die Rsultate gespannt.

Viele Grüße
Horst

[nuplikon]

Hallo Horst,

ich habe Dir die Erklärung, etwas klassischer, gepostet. Ich muss mir erstmal die Zeiss infinity Modulwürfel organisieren, BW Optik hat scheinbar keine mehr da.

Das Projekt ist nicht eilig, da mir die aktuelle Ausrüstung zusagt. Nur ist ein Mikroskop schon präziser als eine übliche Raman Probe. Der Laser Dot müsste auch noch variabel sein, aber das wird zuviel Optik für den Anfang.

Nebenbei ist das Christians DIY Thread, den habe ich schon gut mit Geschichten aus der Raman Praxis aufgefüttert, es geht aber mehr darum, ob sein Laserlift, wie auch immer, als gut messbares Spektrum auf die Kamera projeziert werden kann.

Ich kann dann später mal einen Thread aufmachen, wenn es um den Zusammenbau des Multi Modal Systems geht.