今天為各位光學人深度詳解一下激光拉曼光譜儀，這種光學應用儀器的原理是什么，有什么用處？這篇文章都會為大家介紹。

先了解一下激光拉曼光譜

拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射后所產生的散射，散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關系的分析方法。

與紅外光譜類似，拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是，前者與分子振動時偶極矩變化相關，而拉曼效應則是分子極化率改變的結果，被測量的是非彈性的散射輻。

一定波長的電磁波作用于被研究物質的分子，引起分子相應能級的躍遷，產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜，其波長位于紫外～可見光區，故稱紫外－可見光譜。

電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜，振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。拉曼散射光譜是分子的振動－轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉動能級的躍遷，得到純轉動光譜。

拉曼光譜的優點在于它的快速，準確，測量時通常不破壞樣品（固體，半固體，液體或氣體），樣品制備簡單甚至不需樣品制備。譜帶信號通常處在可見或近紅外光范圍，可以有效地和光纖聯用。

這也意味著譜帶信號可以從包封在任何對激光透明的介質，如玻璃，塑料內，或將樣品溶于水中獲得。現代拉曼光譜儀使用簡單，分析速度快（幾秒到幾分鐘），性能可靠。因此，拉曼光譜與其他分析技術聯用比其他光譜聯用技術從某種意義上說更加簡便（可以使用單變量和多變量方法以及校準。

解析激光拉曼光譜儀

激光拉曼光譜儀是一個集合了激光光譜學、精密機械和微電子系統的綜合測量體系。其最終結果是獲得散射介質在一定方向上具有一定偏振態的散射光強隨頻率分布的譜圖。

激光拉曼光譜儀分析是一種非破壞性的微區分析手段，液體、粉末及各種固體樣品均不需特殊處理即可用于拉曼光譜的測定。

拉曼光譜可以單獨，或與其他技術（如X衍射譜、紅外吸收光譜、中子散射等）結合起來應用，方便地確定離子、分子種類和物質結構。

其應用主要是對各種固態、液態、氣態物質的分子組成、結構及相對含量等進行分析，實現對物質的鑒別與定性。

主要部件激光拉曼光譜儀的主要部件有：激光光源、樣品池、單色器、光電檢測器、記錄儀和計算機。

激光光源：多用連續式氣體激發器，有主要波長為632.8nm的He-Ne激光器和主要波長為514.5nm和488.0nm的Ar離子激光器。

樣品池：常用微量毛細管以及常量的液體池、氣體池和壓片樣品架等。

單色器：激光拉曼光譜儀的心臟，可以最大限度地降低雜散光且色散性能好。常用光柵分光，并采用雙單色器以增強效果。

檢測系統：對于可見光譜區的拉曼散射光，可用光電倍增管作為檢測器。以光子計數器進行檢測，它的測量范圍可達幾個數量級。

工作原理

激光拉曼光譜儀一定波長的電磁波作用于被研究物質的分子，引起分子相應能級的躍遷，產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜，其波長位于紫外～可見光區，故稱紫外－可見光譜。

電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜，振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。

拉曼散射光譜是分子的振動－轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉動能級的躍遷，得到純轉動光譜。

拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射后所產生的散射，散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關系的分析方法。

與紅外光譜類似，拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是，前者與分子振動時偶極矩變化相關，而拉曼效應則是分子極化率改變的結果，被測量的是非彈性的散射輻。

主要應用

在有機化學上的應用

拉曼光譜在有機化學方面主要是用作結構鑒定的手段，拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是確定化學鍵、官能團的重要依據。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為順反式結構判斷的依據。

在高聚物上的應用

拉曼光譜可以提供關于碳鏈或環的結構信息。在確定異構體（單體異構、位置異構、幾何異構和空間立現異構等）的研究中拉曼光譜可以發揮其獨特作用。電活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光譜為工具，在高聚物的工業生產方面，如對受擠壓線性聚乙烯的形態、高強度纖維中緊束分子的觀測，以及聚乙烯磨損碎片結晶度的測量等研究中都采用了拉曼光譜。

在生物方面上的應用

拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡單，故拉曼光譜可以在接近自然狀態、活性狀態下來研究生物大分子的結構及其變化。拉曼光譜在蛋白質二級結構的研究、DNA和致癌物分子間的作用、視紫紅質在光循環中的結構變化、動脈硬化操作中的鈣化沉積和紅細胞膜的等研究中的應用均有文獻報道。利用FT-Raman消除生物大分子熒光干擾等，有許多成功的示例。

在表面和薄膜方面的應用

拉曼光譜已成CVD（化學氣相沉積法）制備薄膜的檢測和鑒定手段。另外，LB膜的拉曼光譜研究、二氧化硅薄膜氮化的拉曼光譜研究都已見報道。

盡管拉曼散射很弱，拉曼光譜通常不夠靈敏，但利用工振或表面增強拉曼技術就可以大大加強拉曼光譜的靈敏度。表面增強拉曼光譜學（SERS）已成為拉曼光譜研究中活躍的一個領域。

便攜式激光拉曼光譜儀

便攜式拉曼光譜儀是一種現場快速、非接觸檢測的重要工具，在液體樣品的檢測上具有明顯優勢。

便攜式激光拉曼光譜儀器的最新進展主要表現以下幾個方面：

第一，儀器的S／N大幅度提高。從儀器學理論講，S／N與激光器的穩定性、單色器的SBW、雜散光、光棚和準直鏡、物鏡的口徑、CCD的靈敏度密切相關。因此，光源為785nm的便攜式儀器，直接測量的S／N一般在1000：1以內。北京西派特公司研發的785nm新型ExR510便攜式激光拉曼光譜儀采用了我國獨有的消除熒光背景和降噪的專利技術，測試的S／N優于2000：1以上，是國際上同類儀器中的佼佼者。

第二，儀器的分辨率大大增強。便攜式激光拉曼光譜儀器的分辨率在國際上的普遍水準是4－12cm－1之間。法國JY公司大型臺式激光拉曼光譜儀焦距為800mm，雖然儀器采用了優質光棚、三級光譜等構造，但分辨率都只在0．5－0．8cm－1之間，且很難提高。目前已知的是北京西派特的ExR510分辨率達到了2．8cm－1，處于國際領先水平。

第三，新型的激光拉曼光譜儀器不斷涌現。2017年安捷倫推出了最新的拉曼專利技術：空間位移拉曼光譜（SORS）和透射拉曼光譜（TRS）。其中SORS的用途非常廣泛，而TRS在做定量分析檢測時準確度更高。2018年3月，必達泰克推出新型透視拉曼光譜儀STRaman，獲得了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。而我國南京簡智儀器公司最近推出了首款便攜式差分拉曼光譜儀具有抗干擾、大信噪比等優點，值得期待。

第四，聯用技術大大發展。聯用技術的大發展已經成為當今世界上分析儀器發展的主要潮流之一。國家科技部“十二五”重大儀器專項中的《薄層掃描－便攜式激光拉曼光譜聯用儀器及其應用》已經通過技術驗收，該儀器具有體積小、重量輕、自動化程度高等特點，為國際首創。

Sers效應的發現，使普通拉曼散射光譜方法很難開展研究工作這一難題出現了新的轉機。拉曼光譜具有高選擇性，使Sers在許多領域中得到廣泛的應用。目前已經完成了拉曼光譜在濃度低達10－8—10－10mol／L或含量低達ng至pg的蛋白質、核酸等食品中的測定工作。

此外，五組分定性、定量分析也已經實現。最后，在食品藥品中，拉曼光譜能夠對出現在脂肪和油脂中的π鍵進行分析，預測飽和程度和確定油脂的異構化比例，還能對包裝材料中再生料的摻假情況進行識別。