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La sonda Raman del alphaCART puede colocarse de forma flexible frente a objetos voluminosos, inamovibles o valiosos que no pueden transportarse a un microscopio o que no caben bajo uno.
La alta confocalidad del sistema y la sensibilidad de la señal también permiten realizar mediciones a través de cristales y ventanas de protección, lo que posibilita el estudio de gases o procesos químicos en el interior de cámaras de reacción y otros recintos. Los investigadores que trabajan en arte y arqueología, geociencia o ciencia de los materiales se beneficiarán especialmente de esta versátil y potente herramienta analítica.
El sistema alphaCART aprovecha la óptica avanzada y el diseño modular de los microscopios Raman de la serie alpha300 de WITec y se beneficia de la extensa experiencia de WITec en tecnología de acoplamiento de fibras. El láser, la sonda y el espectrómetro están conectados a través de fibras ópticas, lo que garantiza el máximo rendimiento de la señal y una forma óptima del haz. Así, alphaCART proporciona la misma resolución espacial y confocalidad limitadas por difracción y una sensibilidad de señal superior como en todos los sistemas alpha300 de WITec.
alphaCART está disponible en diferentes configuraciones para satisfacer sus requisitos específicos en cuanto a longitud de onda de excitación y configuración del espectrómetro. Para un estudio detallado de la muestra, se dispone de iluminación con luz blanca y una cámara de vídeo en color. La adquisición de datos y el post-procesamiento se controlan mediante el último paquete de software WITec.
El sistema alphaCART completo e independiente se suministra en una maleta compacta con ruedas para facilitar su transporte seguro a los experimentos sobre el terreno. Además, la sonda Raman puede conectarse a un microscopio estacionario alpha300 para ampliar su flexibilidad dentro de un laboratorio.
La flexibilidad de posicionamiento de la sonda alphaCART combinada con su alta confocalidad y sensibilidad de señal permite el análisis no destructivo de:
La alta confocalidad y sensibilidad del alphaCART permiten realizar análisis Raman de materiales fluorescentes y dispersores Raman débiles, incluso si la muestra se encuentra detrás de un cristal protector o dentro de un recinto.
A modo de ilustración, la sonda Raman se colocó delante de un póster enmarcado que mostraba un retrato de Sir C. V. Raman. Con la iluminación de luz blanca y la cámara de vídeo del alphaCART se amplió una parte del póster, mostrando manchas de tinta de distintos colores. Los datos Raman en bruto registrados en diferentes posiciones con un láser de 532 nm estaban parcialmente oscurecidos por el fondo de alta fluorescencia de la pintura. Sin embargo, la aplicación de algoritmos eficaces de sustracción del fondo incluidos en el software del proyecto WITec reveló los espectros Raman de los distintos pigmentos y del papel recubierto. Debido a la alta confocalidad del sistema, el cristal protector situado delante del póster quedó fuera del plano focal de la medición, reduciendo el fondo de fluorescencia y permitiendo la detección de las señales Raman.
Al ser un sistema portátil, alphaCART puede utilizarse para investigar objetos que no pueden trasladarse a un laboratorio. Una sonda Raman WITec se llevó al Kunsthistorisches Museum de Viena (Austria) para realizar el análisis más exhaustivo hasta la fecha de la Corona Imperial del Sacro Imperio Romano Germánico.
Mediciones Raman y de fotoluminiscencia de las 172 gemas de la Corona Imperial en el Tesoro Imperial de Viena en el Instituto de Mineralogía y Cristalografía de la Universidad de Viena. El estudio proporcionó información detallada sobre este publicado en la revista Journal of Gemmology (DOI:10.15506/JoG.2023.38.5.448).
El alphaCART es ideal para monitorizar procesos químicos en el interior de cámaras de reacción. En este ejemplo, se observó in situ el recubrimiento de diamante de una herramienta de acero a través de la ventana de un reactor de deposición química en fase vapor con filamento caliente (HF-CVD). La sonda estaba equipada con un objetivo de larga distancia de trabajo. Su alta sensibilidad y confocalidad permitieron detectar las señales Raman relativamente débiles de la fina capa de diamante a pesar de la radiación de cuerpo negro de la muestra caliente.
Los recubrimientos de diamante se aplican a muchas máquinas herramienta y componentes mecánicos por su dureza, inercia química y resistencia al desgaste. La caracterización química in situ del material es beneficiosa para optimizar los métodos de producción, por ejemplo, para minimizar la tensión en la herramienta acabada. Colocando la sonda Raman alphaCART delante del reactor HF-CVD, se pudieron obtener espectros Raman dependientes de la temperatura del material de diamante durante todo el proceso de recubrimiento y posterior enfriamiento. A partir de los espectros Raman, se cuantificaron las posiciones de los picos sp3 dependientes de la temperatura (en torno a unos 1330 cm-1). Tras sustraer el desplazamiento Raman dependiente de la temperatura, se pudo determinar la tensión térmica y la calidad de la capa de diamante, y se extrajeron conclusiones sobre las modificaciones cristalográficas en el sustrato de acero.
Datos por cortesía de Thomas Helmreich, Maximilian Göltz, Stefan M. Rosiwal, Cátedra de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de Metales (WTM), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Alemania.
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