| 发布日期：2024-09-21 |
拉曼光谱作为一种快速、高精度、无损的分析工具，可用于分析从气体到固体、从非原位到原位、从有机大分子到矿物的样品。它已被证明是表征含碳固体燃料(CSFs)及其热转化产物的有力工具。
热化学转化过程(tcp)为利用或转化有价值的产品或能源提供了主要的技术途径，其一般包括热解、液化、气化和燃烧四种工艺技术。充分了解tcp的主要目标是优化该过程，以提高效率并减少不需要的副产品。基本步骤是表征原料的结构，确定反应过程中形成的化学物质，并分析最终产物，这些都需要强大的分析方法。拉曼光谱是一种分子振动光谱学，起源于非弹性散射(也称为拉曼散射)。当光照射在物质上时，光子可以直接穿过分子而不发生相互作用，也可以被吸收或散射。在散射过程中，电子被照射到虚振动状态，即不稳定状态，然后光子被迅速辐射出去。当被辐射光子的频率与被辐射光子的频率相同时，发生瑞利散射。相反，会发生拉曼散射。当辐射光子频率低于被辐射光子频率(红移)时，这种散射过程称为斯托克斯（Stokes）散射。反之，称为反Stokes散射。由于Stokes散射比反Stokes散射更强烈，因此通常以拉曼光谱的形式检测Stokes散射，并用于CSFs的结构分析。拉曼光谱可以准确地检测煤炭等含炭固体燃料的成分及燃烧状态。
图1 煤的拉曼图化学成像[1]
2.1 实验设置
使用532nm激光作为拉曼光谱仪的光源，配备显微镜、加热台和自动化平台，以实现微观尺度的分析和高温条件下的原位监测。 将煤样品放置在加热台上，通过显微镜聚焦激光到样品表面。在燃烧过程中实时记录拉曼光谱，分析不同温度和条件下的结构变化。
2.2 数据处理
使用曲线拟合技术解析拉曼光谱，分离出D带、G带等特征峰。通过比较不同条件下的光谱数据，评估煤的结构变化、燃烧反应的动力学和催化剂的作用效果。
2.3 定量分析
结合标准气体校准，利用拉曼光谱仪对燃烧产生的气体进行定量分析，实时监测气体浓度的变化，为优化燃烧过程提供数据支持。
2.4 微观结构表征
532 nm拉曼光谱仪可以分析煤的成分、判断煤的成熟度。煤是复杂化学结构的混合物，原煤中存在烷烃、氧官能团、小芳环、交联结构连接的大芳环体系、小石墨微晶，甚至石墨结晶等结构。在原煤的拉曼光谱中，D和G波段是主要的，可以反映煤的特定构造信息。煤阶是决定煤在工业上应用的关键参数，它直接决定了煤的热转化过程。
表1 从石墨到非晶碳样品的拉曼带描述
图2 煤一阶拉曼光谱曲线拟合[3]
图3. D1和G波段频宽和位置随温度的变化；(a) D1波段频宽；(b) G波段频宽；(c) D1波段位置；(d) G带位置[3]。
2.5 催化剂研究
通过原位拉曼光谱技术，可以研究催化剂（如Fe2O3、Ca(OH)2和K2CO3）在煤燃烧过程中的作用。研究表明，催化剂显著影响了煤的热解和燃烧行为，拉曼光谱可以帮助捕捉这些催化反应的实时变化。
2.6 实时监测燃烧过程
使用原位拉曼光谱可以实时监测煤炭燃烧过程中的中间产物和最终产物。例如，检测燃烧过程中产生的气体（如H2、CO、CO2等）和固体颗粒的变化，这有助于理解燃烧反应机制和优化燃烧条件。拉曼光谱仪能够在1秒内同时测量多达13种工业上重要的气体，且测量结果与红外和质谱仪的结果一致性较高。
表2 气体的拉曼带和散射截面[2]
图4 四种煤炭样品燃烧时的气体形成速率[3]
(1) 高精度和非破坏性：拉曼光谱能够以高精度、非破坏性的方式分析煤及其燃烧产物的化学和物理结构。
(2) 实时监测：能够在线、原位实时监测燃烧过程中产生的气体和固体产物，提供及时的反应机制信息。
(3) 广泛应用：适用于多种煤样品和燃烧条件，具有广泛的应用前景。通过这些最新的方法和技术，研究人员能够更深入地理解煤燃烧过程中的复杂化学反应和结构演变，有助于优化燃烧技术，提高能源利用效率，减少污染物排放。
总之，532nm拉曼光谱仪在煤炭燃烧研究中发挥了重要作用，提供了宝贵的实时数据和结构信息，有助于优化燃烧技术和减少污染物排放。
Portman 785便携式拉曼光谱仪
1. 产品简介
Portman便携式拉曼光谱仪配置了一款适用于拉曼光谱检测的光纤光谱仪，相比传统的785 nm拉曼光谱仪，Portman的灵敏度得到很大的提升，能够检测到细胞级别的微弱拉曼信号。适用于对原材料的筛选、现场检测、石墨烯合成反应、生物医疗、体外诊断及物质分析鉴定等场景；使用方便，操作简单。检测结果客观准确。客户可根据应用需求选择最适合的产品。
2. 产品特点
Ø 检测范围广：200-3000 cm-1；
Ø 信号灵敏度高，可分辨硅片的二阶峰；
Ø 能测出鸡肉脂肪细胞信号；
Ø 高度集成，轻巧便捷；
Ø 高稳定性。
