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拉曼光譜儀的技術(shù)進展
閱讀：1171 發(fā)布時間：2019-12-9
拉曼光譜儀廣泛應(yīng)用于化學研究、高分子材料、生物醫(yī)學、藥品檢測、寶石鑒定等領(lǐng)域，如何進一步小型化、現(xiàn)場化是其未來發(fā)展的重要方向。便攜式拉曼光譜儀具有體積小、檢測方便等特點，為藥品檢測、環(huán)境檢測、安檢等實時檢測領(lǐng)域提供了一種無損快速檢測方法。對國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化便攜式拉曼光譜儀的現(xiàn)狀及技術(shù)的進展進行了綜述。
拉曼效應(yīng)的產(chǎn)生需要一定頻率的光進行激發(fā)。初，采用汞弧燈作為激發(fā)光源。但由于拉曼光強較激發(fā)光小6~7個數(shù)量級，拉曼信號很微弱，從而限制了后期的光譜檢測以及相關(guān)應(yīng)用。因此，在拉曼效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后的30多年，并未得到廣泛應(yīng)用。20世紀60年代，激光器的發(fā)明解決了拉曼激發(fā)光源的問題，拉曼光譜儀得到了快速的發(fā)展。
為了得到更好的拉曼光譜，光譜儀往往采用窄線寬的單色激光作為激發(fā)光源。實驗室用拉曼光譜儀所用激光器普遍占地較大，不利于小型化、現(xiàn)場化。合適的激光器應(yīng)滿足幾個條件：體積小、能量高足以激發(fā)出拉曼光，線寬小且輸出穩(wěn)定。目前，商業(yè)化的便攜式拉曼光譜儀普遍采用波長為532nm或785nm的小型固態(tài)半導(dǎo)體激光器。
拉曼位移與激發(fā)光頻率無關(guān)，那么究竟何種激發(fā)波長更為適合呢？激發(fā)波長越短，拉曼激發(fā)效率越高，但熒光信號也越強。對很多樣品，特別是那些生物有機乃至藥品制劑而言，若采用532nm的激光，一些本可以被探測到的拉曼信號也將被熒光背景淹沒。這種情況下，使用633nm或者785nm的激發(fā)波長能夠有效解決這一問題。因為光子能量降低，熒光效率變低，所以拉曼散射更易被探測。BaySpec公司甚至提供了1064nm的激光[10]，對于一些特別容易產(chǎn)生熒光的樣品來說，顯然具有更好的效果。當然，由于光子能量的減小，拉曼散射的效率降低了，這就需要更長的積分時間或是更強的激光功率。
隨著便攜式拉曼光譜儀的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場化對光譜儀檢測性能提出了更高的穩(wěn)定性和重復(fù)性要求。由于激光光源的線寬和穩(wěn)定性直接影響光譜儀的分辨率，激光窄線寬以及功率的穩(wěn)定性成為各大公司追求的一大目標。