拉曼光譜儀應用行業(yè)最新進展和相關問題-儀器信息網(wǎng)資訊

　　我國“十二五”、“十三五”期間，作者參加了幾個國家科技部重大儀器專項中有關便攜式激光拉曼光譜儀器及其應用專項方面的專家組工作;通過接觸這些項目，結(jié)合作者本人過去從事激光拉曼光譜儀器及其應用的工作實踐，介紹一點便攜式激光拉曼光譜儀器及其應用的有關問題。

一、儀器的最新進展

　　1)儀器的S/N(表征儀器的靈敏度)大幅度提高

　　目前，國內(nèi)外的便攜式激光拉曼光譜儀器最新進展中，最突出的體現(xiàn)之一是S/N的提高。因為從儀器學理論講，激光拉曼的靈敏度與光源(激光器的穩(wěn)定性、波長等)、主機(單色器的光譜帶寬、雜散光、光柵和準直鏡、物鏡的口徑等)、光接收器(CCD的靈敏度、CCD的噪聲N、穩(wěn)定性等)、放大器(噪聲N、穩(wěn)定性、放大倍數(shù)等)等密切相關。所以，光源為785nm的便攜式儀器，直接測量的S/N一般在1000:1以內(nèi)，不可能達到10000以上。但是，隨著化學計量學的發(fā)展，儀器的軟件、特別是各種算法突飛猛進。

　　2)儀器的分辨率大大增強

　　國際上的便攜式激光拉曼光譜儀器中，單色器的焦距一般都在75mm左右(甚至更小)。在這么小的便攜式激光拉曼光譜儀器上，要得到相對高的分辨率是很難的，所以目前國際上的這類便攜式激光拉曼光譜儀器的分辨率都在4-12cm-1之間!因為從儀器學理論來看，大家都知道，光柵理論中分辨率(SBW)的數(shù)學表達式為：

　　SBW=[1/(mf/d cos θ)] b = d ×cos θ× b /mf

　　法國公司的大型臺式激光拉曼光譜儀的焦距為800mm，儀器采用優(yōu)質(zhì)光柵、三級光譜、狹縫可調(diào)，但是，分辨率只是0.5-0.8cm-1左右。所以，有些公司給出焦距75mm的便攜式激光拉曼光譜有儀器的分辨率為1.27cm-1，從理論到實踐都是做不到的。但是，儀器的分辨率大大增寬，無疑是最吸引科學家眼球的關注焦點之一。

　　3)新型的激光拉曼光譜儀器不斷涌現(xiàn)

　　(1)2017年，安捷倫推出了四款最新的拉曼專利技術(shù)：其中，空間位移拉曼光譜(Spatially Offest Raman Spectroscopy，簡稱SORS)、透射拉曼光譜(Transmission Raman Spectroscopy ,簡稱TRS)相當先進。SORS的用途非常廣泛,TRS更加優(yōu)越，做定量分析檢測時，比SORS準確度更高。

　　(2)2018年3月，必達泰克推出新型透視拉曼光譜儀STRaman，獲得了2018年3月美國匹茲堡分析化學和光譜應用會議暨展覽會的卓越金獎。這是應該特別值得重視的消息，該儀器突破了傳統(tǒng)拉曼技術(shù)障礙，可以透過視覺不透明的包材和涂層，收集內(nèi)部樣品的拉曼信號。該儀器由先進的算法、高度智能化的分析軟件、高通量光譜儀及增加采樣深度和面積的專用探頭組成;所有元部件都高度集成在一套便攜式系統(tǒng)中，可以非常簡便的在現(xiàn)場或?qū)嶒炇沂褂谩?/span>

　　(3)聯(lián)用技術(shù)的大發(fā)展是當今世界上分析儀器發(fā)展的主要潮流之一。往往一種技術(shù)解決不了的問題，兩種技術(shù)聯(lián)用，就會迎刃而解了，就會出現(xiàn)一片廣闊天地。

二、應用的最新進展

　　1、應用領域越來越廣

　　例如：

　　1)藥物分析：原材料輔料分析鑒別、原研藥分析、藥物晶型分析、合成反應監(jiān)控、假藥甄別、注射液成分分析，包裝材料鑒定。

　　2)化學危險品：具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質(zhì)，對人體、設施、環(huán)境具有危害的劇毒化學品和其他化學品鑒別。

　　3)地質(zhì)/珠寶：珠寶鑒定，礦物分析。

　　4)食品分析：非法添加、農(nóng)藥殘留等。

　　5)聚合物材料：分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)、成分定量分析、相結(jié)構(gòu)、聚合反應動力學、形變、老化等。

　　6)催化材料：動力學研究，分子篩骨架結(jié)構(gòu)分析，物相變化。

　　7)半導體材料：成分鑒別、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、晶體取向、應力和應變。

　　8)石墨烯、碳納米管及其他碳材料表征。

　　9)復合材料：表征及微觀力學研究。

　　10)無機材料：很多無機材料是中心對稱的振動，紅外光譜不敏感，而拉曼光譜具有很明顯的優(yōu)勢。物質(zhì)鑒別，結(jié)構(gòu)測定，材料合成研究。

　　11)地質(zhì)/珠寶：珠寶鑒定，礦物分析。

　　還有很多領域可以應用下、便攜式激光拉曼儀器，在此不再贅述。

　　2、SERS技術(shù)的引入得以實現(xiàn)

　　眾所周知，SERS效應的發(fā)現(xiàn)，使普通拉曼散射光譜方法無法或很難開展的研究工作出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)機，再加拉曼光譜所特有的高選擇性，使SERS在許多領域中得到廣泛的應用。目前，與普通拉曼散射光譜相比，SERS的增強因子可達104～107。雖說SERS技術(shù)還有很多不完善之處，但仍然得到了大家重視。

　　3、已經(jīng)實現(xiàn)五組分定性、定量分析

　　傳統(tǒng)的激光拉曼光譜技術(shù)，一般只能對單組份或三組分樣品進行定性分析檢測，很難進行定量檢測。而目前正在大發(fā)展的便攜式激光拉曼光譜儀器，由于軟件算法上的突破，已經(jīng)可以進行五組分定性、五組分定量分析檢測。

　　4、消熒光干擾、扣背景技術(shù)有重大突破

　　熒光干擾是激光拉曼的天敵。所以消熒光干擾或扣背景技術(shù)具有及其重大的意義。在文章《拉曼光譜儀如何更好的測量高熒光樣品?》一文中，詳細介紹了1064nm在抑制熒光干擾方面有著獨特的優(yōu)勢。

三、幾個有關問題

　　1、科技工作者必須實事求是

　　科技工作者應該是最實事求是的人。但是很多科技工作者不是這樣。例如：目前國產(chǎn)的許多便攜式激光拉曼儀器(包括其它各類常規(guī)型、普及型、基礎型的儀器)不但不比進口的差，相反，在主要性能指標(如S/N、分辨率等等)上、在實用性上、在性價比上都優(yōu)于同類進口儀器，都能滿足使用要求。但是，有些領導和科技工作者就是要說“進口儀器總比國產(chǎn)的好”。就是要花大價錢去買進口儀器，這樣的例子舉不勝舉。這就是不學習、不調(diào)查、閉著眼睛說瞎話、不實事求是的表現(xiàn)。

　　2、應該大膽使用能滿足要求的國產(chǎn)光譜儀器

　　今天我國的常規(guī)、基礎分析儀器很多都不比同類進口儀器差，已經(jīng)完全可以與國外抗衡(指標優(yōu)于、相當、不夠)。特別是便攜式激光拉曼光譜儀器，我們國家目前有很多家在生產(chǎn)。雖說儀器的水平、質(zhì)量等各有千秋，但是，要看到“抗衡”這個問題。我們千萬不要迷信進口儀器。
本文來源：儀器信息網(wǎng)