라만 분광기 Raman Spectroscopy 시스템

MantaRay

만타레이

높은 정밀도, 우수한 재현성, 그리고 다파장 레이저 선택 기능을 갖춘 멀티 라만 현미경 시스템. 복합 연구와 정밀 분석에서도 일관되고 신뢰할 수 있는 결과를 제공합니다.

⁂ 냉각에 따른 CCD Pixel Shift — 보정 없이는 놓치기 쉬운 측정 오차

TE 냉각 방식의 CCD는 –40℃ 이하로 빠르게 냉각되며 SNR을 개선하지만, 이 과정에서 발생하는 CCD 칩의 미세한 수축은 파장 분석에 영향을 줄 수 있습니다. 아래 실험은 –50℃ 냉각 후 약 4시간 동안 측정한 결과로, CCD 좌측과 우측에서 중심 파장이 최대 2픽셀 이상 이동하는 현상이 확인되었습니다. 반면, 중심부는 변화가 없었습니다. 이는 냉각 이후에도 내부 열 불균형이나 기계적 장력에 의해 센서 전반에 걸쳐 불균일한 픽셀 이동(pixel shift)이 발생했음을 보여주며, 특히 정밀 분석이나 시간 누적 비교에서 정량적 오류를 유발할 수 있습니다.

⁂ 이 외에도 온도에 따른 뒤틀림, 형상 변형 등의 장기적 변형으로 인한 분광기의 정확도 저하

시간이 지나며 CCD와 광학 구조물에 누적되는 열 뒤틀림, 장력 변형, 기계적 스트레스는 장기적으로 분광기의 기준 정렬 자체를 틀어지게 만듭니다. 이러한 구조적 변화는 한 번의 보정으로 해결되지 않으며, 결국 분석 전체의 신뢰도를 낮추고, 보정 주기를 불규칙하게 만들거나 전문가 의존적인 유지보수로 이어지게 됩니다.

WEVE는 정확도 문제를 해결하기 위해 독자적인 자동 파장 보정 시스템을 개발했습니다. 기기의 전원을 켤 때마다, 또는 사용자가 원할 때마다, 단 한 번의 클릭으로 내장된 표준램프를 기반으로 약 1분 내에 분광기에 대한 모든 보정 파라미터를 계산합니다.

• 온도 변화나 시간 경과로 인한 픽셀 이동 자동 보정

• 주기적 보정 없이도 안정적인 파장 정렬 유지

• 실시간 분석에도 영향을 주지 않는 빠른 처리 속도

•평균 절대 오차: 0.01595 nm
(해상도 기준: 0.07 nm/pixel @ 1200 gr/mm)

•최대 오차: 0.043 nm

•결정계수 (R²): 0.99999987
(1에 가까울수록 측정 신뢰도가 높음을 의미합니다)

*온도 변화, 기계적 뒤틀림 등의 영향으로 장기간 보정이 이루어지지 않으면 R² 값은 0.98~0.99 수준까지 감소할 수 있으며, 이는 분석 신뢰도 저하로 이어질 수 있습니다.

WEVE의 DualTrack™ 기술은 완벽에 가까운 보정 정확도를 실현하며,고정밀 라만 분광 분석을 위한 안정성과 신뢰성을 입증합니다.

🚫레이저 파장 불안정성

레이저(특히 DPSS나 Diode 레이저)는 온도 변화, 전원 안정성, 시간 경과 등에 따라 파장이 미세하게 변화합니다. 이러한 변화는 라만 분광 결과에 직접적인 영향을 미치며, 피크 위치 오차, 차장 기준 부정확성, 재현성 저하와 같은 문제를 유발할 수 있습니다.

🚫한정된 Grating 구성, 유연성 없는 시스템 설계

분광 분석에 사용할 수 있는 Grating은 파장 및 효율에 따라 수십가지가 됩니다. 그러나 일반적인 분광기 시스템은 3~4개의 Grating만 장착 가능하며, 이를 넘어서면 구조적 제약이 발생합니다.Grating을 교체하려면 전문가의 손이 필요하고, 교체 후 파장 보정에도 시간이 소요되어 실제 운영 현장에서는 그레이팅 다양성 자체가 무의미해지는 경우가 많습니다.

✅Grating 선택은 내가, 정밀도는 시스템이 알아서 맞춘다.

WEVE의 QuickAlign™ Grating System은 원하는 Grating을 하나의 슬롯에 손쉽게 장착할 수 있도록 설계되어, 사용자가 직접 선택하고 교체할 수 있는 높은 운용 유연성을 제공합니다. 파장 범위나 효율 특성에 따라 다양한 Grating을 제한 없이 활용할 수 있으며, 교체 후에는 DualTrack™ 자동 보정 시스템이 레이저 파장 정렬을 정밀하게 보정해줍니다. 분석 정확도는 그대로, 편의성은 한층 더 높아졌습니다. 그리고 이 정밀도를 한 단계 더 끌어올리기 위해, WEVE는 고정밀 Dual rotary encoder를 적용했습니다.5 arcsec(0.0014도) 미만의 제어 오차로 Grating의 회전 위치를 정밀하게 관리하여, 미세한 조정이 필요한 환경에서도 탁월한 반복성과 안정성을 확보합니다.

🚫 기존의 Czerny–Turner 구조의 분광기

회절격자 기반 설계의 한계로 인해 비점수차, 코마 수차 등이 발생합니다. 그 결과, CCD 위치에 따라 초점이 달라지며, 스펙트럼의 해상도나 신뢰성이 위치에 따라 달라지는 문제로 이어집니다. 동일한 조건에서 측정해도 결과가 다르게 나올 수 있는 구조적인 한계를 가집니다.

✅ WEVE의 수차 보정 광학 설계

WEVE는 이러한 구조적 한계를 근본적으로 해결한 수차 보정 광학 설계 기술을 통해, 전 파장 영역에서 CCD의 모든 위치에 동일한 초점과 선명한 스펙트럼 이미지를 제공합니다. 측정 위치나 스펙트럼 범위에 관계없이 항상 동일한 광학 조건을 유지하므로, 고출력 신호와 함께 높은 정밀도, 재현성, 안정성을 확보할 수 있습니다. 이 기술은 WEVE의 고속·고정밀 분광 계측 장비에 적용되어, 다양한 연구 및 산업 환경에서도 신뢰할 수 있는 분석 결과를 제공합니다.

초당 80개 이상의 스펙트럼 측정 기술

고속 라만 맵핑을 통해, 일반적인 포인트 측정 대비 수십 배 빠른 속도로 2D/3D 라만 이미지 구현이 가능합니다.

측정 시간 대폭 단축

수천 개 포인트의 스펙트럼을 수 분 내로 획득할 수 있어, 대면적 샘플 또는 다수 영역 분석 시 시간 효율이 극대화됩니다.

정밀한 공간 분해능 유지

고속 측정 환경에서도 수 μm 단위의 공간 분해능을 유지하여, 미세 구조 분석에 활용할 수 있습니다.

스테이지 스캐닝 방식 (WEVE)

측정 속도 CCD readout 속도와 동일한 수준 구현. 레이저 스캐닝과 속도 차이 거의 없음

수차 문제 수차로부터 자유로우며, 하나의 시스템으로 UV-NIR 까지 대응 가능

Mapping 범위 수cm² 이상 대면적 분석까지 확장 가능

시료 이동 정밀 스테이지로 시료를 직접 이동시켜 정밀 제어

정렬 및 재현성 정밀 스테이지 기반으로 높은 반복성과 재현성 확보

적합 분야 재료 분석, 공정 평가 등 다양한 산업•연구 분야에 폭넓게 활용가능

WEVE의 라만 분석 소프트웨어는 전 세계적으로 검증된 Wiley사의 방대한 스펙트럼 라이브러리와 연동되어, 수만 건의 데이터와 고속 매칭 알고리즘을 기반으로 미지 시료의 라만 스펙트럼을 빠르고 정확하게 식별합니다. 순수 화합물은 물론 복합 혼합물까지도 효과적으로 분석하며, 다음과 같은 고급 기능을 제공합니다.

•혼합물 내 구성 성분 자동 식별
약 26,000여 개 이상의 스펙트럼 데이터베이스를 기반으로 혼합물에 포함된 각 성분을 순차적으로 식별합니다.

•식별 범위 확장 기능
자체적으로 보유한 스펙트럼 외에도 사용자 정의 데이터를 추가 등록할 수 있어, 라이브러리에 없는 미지 물질에 대한 식별도 가능합니다.

•지능형 순차 매칭 알고리즘
우선적으로 유사도가 높은 화합물을 자동 매칭한 후, 남은 스펙트럼과 가장 일치하는 항목을 순차적으로 찾아 혼합물의 전체 구성 성분을 파악합니다.

•분석 성분 수 설정 가능
분석 대상 혼합물 내에서 식별할 최대 성분 수를 설정할 수 있어, 목적에 따라 분석 효율성을 높일 수 있습니다.

Measured(nm)	Standard Line(nm)	Deviation(nm)
594.44	594.483	0.043
597.51	597.553	0.043
602.97	603	0.03
607.41	607.434	0.024
609.61	609.616	0.006
614.3	614.306	0.006
616.34	616.359	0.019
621.73	621.728	-0.002
626.64	626.65	0.01
630.46	630.479	0.019
633.43	633.443	0.013
638.28	638.299	0.019
640.2	640.225	0.025
650.66	650.653	-0.007

653.29	653.288	-0.002
659.91	659.895	-0.015
667.84	667.828	-0.012
671.72	671.704	-0.016
692.94	692.947	0.007
703.24	703.241	0.001
717.4	717.394	-0.006
724.54	724.517	-0.023

Raman
Spectroscopy.

Convallaria plant (microscopic sample) 2D int

Convallaria plant (microscopic sample) 3D

600gr spectrum image 2D

Raman Spectroscopy.

Convallaria plant (microscopic sample) 2D int

Convallaria plant (microscopic sample) 3D

600gr spectrum image 2D

Raman
Spectroscopy.