一、拉曼光谱技术的本质与原理

拉曼光谱作为一种散射光谱，其分析方法是基于印度科学家C.V.拉曼所发现的拉曼散射效应。当一束频率为V₀的单色光照射到样品上时，分子会使入射光发生散射。其中，大部分光只是改变方向散射，频率仍与激发光相同，这种散射称为瑞利散射，强度约为入射光的10⁻³倍。而约占总散射光强度10⁻⁶至10⁻¹⁰的散射，不仅改变了光的传播方向，其频率也发生了改变，这便是拉曼散射。拉曼散射中频率减少的为斯托克斯散射，频率增加的为反斯托克斯散射，通常拉曼光纤光谱仪测定的大多是斯托克斯散射。散射光与入射光之间的频率差△V被称为拉曼位移，它与入射光频率无关，只与物质分子的振动和转动能级有关。不同物质分子具有不同的振动和转动能级，也就有特定的拉曼位移，所以拉曼光谱可用于物质结构的分析和研究。

在拉曼光纤光谱仪的内部光路中，光源激发气体室产生激光。激光部分从反射镜输出，经滤光片滤除所需辐射频率以外的其他频率光后，进入显微镜桶，再从显微镜桶出射照到样品表面，此时光与物质发生拉曼散射现象。散射的拉曼光通过显微镜桶反回到光路内，在与入射光成90度位置上收集散射光。经过适当的光学聚集系统后进入单色器或共聚焦针孔，再通过光栅，最后由CCD将光信号转化为电信号，在屏幕上呈现出拉曼光谱。

 

 二、拉曼光纤光谱仪在多领域的应用

 （一）材料科学领域

在材料科学中，拉曼光纤光谱仪有着广泛的应用。例如，南开大学Zhiqiang Zhu等人在研究碳涂层对Li₄Ti₅O₁₂/C纳米复合材料电化学性能影响时，利用拉曼光谱探究不同煅烧温度下材料的石墨化程度。通过分析D峰（缺陷峰）/G峰（石墨化峰）的比值以及拟合分峰出C的两种类型sp³和sp²，综合验证了随着温度增加，石墨化程度增大。

（二）催化研究领域

1. 美国堪萨斯大学Hashim A. Alzahrani等人利用原位拉曼光谱探究分子氧催化乙烯环氧化过程中银粒径对未活化Ag/a Al₂O₃的影响。通过在不同温度和气体环境下处理用草酸银溶液浸渍的a Al₂O₃载体样品，实现了未活化的Ag/a Al₂O₃的可控合成，使Ag颗粒尺寸在20和170 nm之间。原位拉曼光谱显示，在具有不同平均Ag粒径的未活化Ag/a Al₂O₃上进行乙烯环氧化过程中，所有催化剂在815 cm⁻¹处都存在归属于分子氧复合物物种的拉曼带，还揭示了大颗粒（>100 nm）在880 cm⁻¹处归因于分子氧复合物物种的显著带的演变，为该过程中存在几种活性氧提供了原位拉曼光谱证据。

2. 厦门大学李剑锋等人采用表面增强拉曼光谱（SERS）技术，通过制备Au@Pt CeO₂纳米结构，利用SERS策略在Pt CeO₂界面上进行了氧活化和CO氧化的原位研究。Au@Pt CeO₂纳米结构中的等离子体金核可显著放大吸附在Pt CeO₂界面上的微量表面物种的拉曼信号，从而能够同时对活性位点和中间体的结构演化进行原位研究。

（三）电化学领域

湖南大学刘继磊教授、胡爱平教授课题组设计并构筑了具有优异电化学储能性能的Co₃O₄/Co(OH)₂异质结构自支撑电极，并通过原位和非原位技术从电极材料相结构、原子键合状态和价态变化等多角度详细探究了充放电过程中Co(OH)₂和Co₃O₄的相转变规律。纯Co(OH)₂电极在第一次充放电循环期间，随着外加电位增加，Co(OH)₂的特征峰逐渐消失，在463 cm⁻¹（Eg拉曼模式，O–Co–O弯曲）及585 cm⁻¹（A₁g拉曼模式，O Co O拉伸）处出现新峰，表明形成了CoOOH，且在完全放电状态依然保持CoOOH的特征拉曼光谱，未重现Co(OH)₂的拉曼特征峰，说明Co(OH)₂在第一次充电时趋向于不可逆地转变为CoOOH，在随后的充放电循环中可逆地转变为CoO₂。Co₃O₄/Co(OH)₂电极在充放电循环过程中的拉曼光谱演化与Co(OH)₂类似，而纯Co₃O₄电极在整个充放电循环过程中的拉曼光谱与原始Co₃O₄的特征峰高度吻合，未观察到CoOOH/CoO₂的明显拉曼特征，表明纯Co₃O₄在碱性电解液中浸泡和循环时具有良好的结构完整性且未发生明显的体相变化。

三、拉曼光纤光谱仪的技术优势

（一）多样化的分析技术

1. 共焦显微拉曼光谱：将拉曼光谱仪器与标准光学显微镜耦合，可使用高放大倍数物镜观察样品形貌，同时利用显微激光光斑进行拉曼分析。

2. 偏振拉曼光谱：通过在样品与光谱探测仪之间或入射光和样品之间插入偏振片，改变入射光的偏振，从而探测有关分子取向和化学键震动对称性的信息。

3. 共振拉曼光谱：当激发光的波长接近或落在散射物质的电子吸收谱带内时，某些拉曼谱带的强度将大大增强，能使对应结构或基团的振动能级的拉曼散射强度提高10³至10⁶倍，但荧光背底也会更显著，荧光问题更难处理。

4. 表面增强拉曼光谱（SERS）：将待测分子吸附在粗糙的纳米金属材料表面，拉曼信号可增强10⁶至10¹⁵倍，增强倍数取决于基底材料、形状、尺寸、吸附量等，增强机理包括电磁增强机制和化学增强机制。

（二）多种适用激光器

从紫外、可见到近红外波长范围内的激光器都可作为拉曼光谱分析的激发光源。

1. 紫外光（如244 nm、257 nm、325 nm、364 nm）：能量高，激发效率高，拉曼散射效应强，能提高空间分辨率并避免荧光，但容易损伤样品，激光器成本高，对滤波要求高，适用于荧光强的样品，如石化类、生物类（DNA、RNA、蛋白质）样品。

2. 可见光（如457 nm、488 nm、514 nm、532 nm、633 nm、660 nm）：应用范围广，一般无机材料多选该波段，但荧光信号强，适用于无机材料、生物医学、共振拉曼（石墨烯、碳材料）、表面增强拉曼。

3. 近红外光（如785 nm、830 nm、980 nm、1064 nm）：荧光干扰小，但激发能量低，拉曼信号弱，适用于化工类、生物组织、有机组织样品，可抑制荧光。

（三）灵活的样品要求

1. 常规拉曼光谱可测试多种类型的样品：粉末样品：一般要求量在10 mg以上，大颗粒可稍加固定直接测试，微米级粉末需稍压固定以便聚焦，纳米级颗粒最好涂片。液体样品：必须无毒无挥发性、无腐蚀性，体积量需2 mL以上。常用测试方法有滴1至2滴到载玻片上压片测试（信号可能较弱）、用带凹槽的载玻片滴在凹槽里并覆盖石英片测试、将样品注入毛细管密封后测试（有悬浮物或浓度高更好，以便聚焦）。固体样品：尺寸要求最小2×2 mm，最大不超出5×5 mm。气体样品：需要特定的样品槽，不能常压，不能测试常态气体（否则拉曼峰为空气峰）。

2. 原位拉曼光谱分为普通原位和电化学原位：粉末样品：普通原位需粉末量10 mg以上，电催化体系样品准备30 mg以上，电池体系准备300 mg以上。固体样品：普通原位样品尺寸要求最小2×2 mm，最大不超出5×5 cm，电化学可直接寄电极片5×5 cm内，测试老师根据需求裁剪。测试气氛：普通原位可测惰性气体、空气、N₂、O₂、NO、He、CO、CO₂、H₂、NH₃、C₇H₈等；电化学气体蠕动模块有氮气、氩气、氧气。

 （四）操作简便与无损检测

拉曼光纤光谱仪操作简单，不破坏样品，制样也较为简单，可测试气体（需特制密闭槽）、液体、固体。其具有高分辨率和快速分析的特点，拉曼强度与样品浓度成简单线性关系，且水的拉曼峰很弱，可测试水溶液。

（五）景颐光电的创新贡献

 在拉曼光纤光谱仪的发展历程中，景颐光电发挥了重要作用。景颐光电致力于拉曼光谱技术的研发与创新，其推出的ATR6600 1064nm手持式拉曼光谱识别仪，基于1064nm激发光本身的超高荧光抑制效果，特别适合于高荧光产品的检测。该仪器整机尺寸极小，不到1.2kg，携带方便，可广泛应用于海关、公安、实验室、车间、仓库、码头等现场，对毒品、易制毒化学品、爆炸物、珠宝玉石、原料等物品进行快速识别，还可用于对食品中的添加剂、农药残留、兽药残留等进行快速检测识别。ATR6600内置优秀的拉曼光谱识别算法，可对物质进行无差别检测，轻松识别物质，同时用户还可添加自己的谱图数据。其采用Android系统，界面简单明了，配备5.5英寸高清屏幕，采用高清双摄像头（1300万 + 800万），可随时记录检测现场，内置WIFI、蓝牙、GPS等模块，简单而智能。此外，景颐光电还提供全面的技术支持和服务，如谱图库的建立、方法和验证、IQ/OP/PQ认证支持等，为拉曼光纤光谱仪在各个领域的应用提供了有力保障。

拉曼光纤光谱仪凭借其独特的技术优势和广泛的应用领域，在科学研究和实际生产中发挥着越来越重要的作用，而景颐光电的不断创新和发展，也将进一步推动拉曼光谱技术的进步和应用拓展。#拉曼光纤光谱仪 #双波长拉曼光谱仪 #拉曼显微光谱仪 #拉曼激光光谱仪 #便携拉曼光谱仪 #拉曼光谱仪