拉曼光譜儀應用行業最新進展和相關問題-儀器信息網資訊

　　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，國內外的便攜式激光拉曼光譜儀器最新進展中，最突出的體現之一是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、穩定性等)、放大器(噪聲N、穩定性、放大倍數等)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，不可能達到10000以上。但是，隨著化學計量學的發展，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，儀器采用優質光柵、三級光譜、狹縫可調，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

　　(1)2017年，安捷倫推出了四款最新的拉曼專利技術：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，該儀器突破了傳統拉曼技術障礙，可以透過視覺不透明的包材和涂層，收集內部樣品的拉曼信號。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中，可以非常簡便的在現場或實驗室使用。

　　(3)聯用技術的大發展是當今世界上分析儀器發展的主要潮流之一。往往一種技術解決不了的問題，兩種技術聯用，就會迎刃而解了，就會出現一片廣闊天地。

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，對人體、設施、環境具有危害的劇毒化學品和其他化學品鑒別。

　　3)地質/珠寶：珠寶鑒定，礦物分析。

　　4)食品分析：非法添加、農藥殘留等。

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

　　6)催化材料：動力學研究，分子篩骨架結構分析，物相變化。

　　7)半導體材料：成分鑒別、結晶結構、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勢。物質鑒別，結構測定，材料合成研究。

　　11)地質/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技術的引入得以實現

　　眾所周知，SERS效應的發現，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了新的轉機，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技術還有很多不完善之處，但仍然得到了大家重視。

　　3、已經實現五組分定性、定量分析

　　傳統的激光拉曼光譜技術，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：目前國產的許多便攜式激光拉曼儀器(包括其它各類常規型、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、不調查、閉著眼睛說瞎話、不實事求是的表現。

　　2、應該大膽使用能滿足要求的國產光譜儀器

　　今天我國的常規、基礎分析儀器很多都不比同類進口儀器差，已經完全可以與國外抗衡(指標優于、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。雖說儀器的水平、質量等各有千秋，但是，要看到“抗衡”這個問題。我們千萬不要迷信進口儀器。
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