國內外便攜式拉曼光譜儀產(chǎn)品的差異
拉曼光譜與物質(zhì)分子的振動(dòng)轉動(dòng)能級有關(guān)，是分子的指紋光譜，廣泛應用于各種領(lǐng)域。大型拉曼光譜儀體積大、價(jià)格昂貴，僅適用于高校實(shí)驗室及相關(guān)科研院所。21世紀以來(lái)，由于現場(chǎng)檢測的需要，便攜式拉曼光譜儀發(fā)展迅速。
國內外的拉曼光譜儀有哪些區別呢?本文將從構造方面比較國內外便攜式拉曼光譜儀產(chǎn)品的差異。
激光器方面
激光器是拉曼光譜儀的核心部件之一，便攜式拉曼光譜儀需滿(mǎn)足體積小、能量高、線(xiàn)寬小且輸出穩定。國內外拉曼大部分選用的激光器在體積和能量方面基本一致，主要在線(xiàn)寬和輸出穩定方面存在差異。
激光的線(xiàn)寬，波長(cháng)穩定性和功率穩定性會(huì )直接影響光譜儀的分辨率，在這方面美國B(niǎo)&WTek的激光器“CleanLaze”具有較好的優(yōu)勢。CleanLaze®穩頻技術(shù)(US 7245369B2, 77560200,77560201)主要通過(guò)體布拉格光柵(VBG)來(lái)對激光輸出進(jìn)行穩頻和約束，使得多模激光器的線(xiàn)寬可以?xún)?yōu)于0.1nm，同時(shí)確保長(cháng)時(shí)間的波長(cháng)漂移穩定性和功率穩定性。例如在功率穩定性方面，必達泰克CleanLaze技術(shù)的785nm激光器，其穩定性可以做到在四周的連續出射時(shí)，激光器功率的穩定性(以SDTEV計算)約0.28%，在目前這一穩定性指標要優(yōu)于國內同類(lèi)設備的水平。
對于進(jìn)口的便攜拉曼系統來(lái)說(shuō)，得益于高可靠性和穩定性激光器，拉曼系統的壽命得以大幅度提升，其激光器的壽命基本不再是整機壽命的一個(gè)瓶頸，使其作為一個(gè)*可靠使用的工具成為可能，目前國內廈門(mén)大學(xué)大型拉曼有較深的研究，聯(lián)合福建*及廈門(mén)市普識納米科技有限公司起草的福建省地方標準《便攜式拉曼光譜快速檢測儀》對激光器的評價(jià)作為一個(gè)重點(diǎn)。
光譜儀方面
微型光譜儀是便攜拉曼的“心臟”，光譜儀的性能直接影響拉曼的光譜分辨率，靈敏度和光譜檢測范圍。目前國內拉曼采用的光譜儀相較進(jìn)口產(chǎn)品存在較大差距。例如，國內拉曼的分辨率一般在10cm-1左右，而國外拉曼的分辨率一般在5cm-1左右，其中美國B(niǎo)&WTek多種型號的光譜儀能達到3.5cm-1(ASTM標準方法測量)。另外，國外光譜儀在CCD封裝，噪聲控制等方面表現更佳。目前，在便攜拉曼系統上，做到-20℃以下制冷的量產(chǎn)產(chǎn)品大部分都還是進(jìn)口設備，例如EnWave，B&WTek，OceanOptics等，因為成本原因國產(chǎn)目前有制冷較少，僅有譜識科儀、奧普天成等采納。
另外，在光譜檢測器的光路上，國內廠(chǎng)商主要還是采用交叉式CT(Crossed Czerny-Turner )光路。這種光路制造成本，器件等都較為便宜，但是存在相差較大，空間分辨率低等缺點(diǎn)。廈門(mén)大學(xué)、譜識科儀、BWTEK、賽默飛在這方面做了一些光路上的改進(jìn)工作，通過(guò)近軸透射光路，保證了在很寬的光譜范圍內，各波長(cháng)下都有較高的光譜分辨率。
在CCD致冷技術(shù)和對弱拉曼信號的探測上，由于國內的技術(shù)起步較晚，CCD的致冷技術(shù)與國外還存在著(zhù)差異，在拉曼的性能上主要體現為信噪比的差異，通俗的說(shuō)，同等條件下致冷較好的光譜儀的拉曼譜圖的“毛刺”較少。另外，CCD質(zhì)量的好壞還會(huì )體現在光電轉換效率的不同，高質(zhì)量的光電轉換效率高，對弱拉曼信號的采集占據優(yōu)勢。
系統集成方面
單一部件的好壞不能*決定拉曼整機性能，系統的集成方面也發(fā)揮著(zhù)重要作用，國產(chǎn)拉曼由于起步晚，研發(fā)主要集中在科研機構及高校，在系統的集成方面可能會(huì )存在差距，主要體現為，國產(chǎn)拉曼與進(jìn)口拉曼采用相似的配置，可能得到的拉曼的綜合性能差距明顯，這需要*的經(jīng)驗摸索和積累。
表面增強方面
表面增強拉曼光譜技術(shù)將目標分析物質(zhì)吸附在采用銀、銅或金等材料制成的表面增強拉曼活性平面上，激發(fā)特定波長(cháng)的光源引起表面吸收譜帶或表面基質(zhì)共振，使目標分析物質(zhì)在作用區域內的拉曼光譜信號增強 104 ～ 106 倍。作為檢測分析物質(zhì)分子結構信息的直接手段，通過(guò)選擇特征指紋譜圖，該技術(shù)可有效降低檢測誤報率。表面增強拉曼光譜儀可在水或空氣中正常工作，傳感器可持續承受寬溫度范圍的背景。而且表面增強拉曼光譜技術(shù)不需要樣品預處理，通過(guò)譜庫檢索可在 30 秒內快速響應。
在此技術(shù)領(lǐng)域中，國內的做的相對比國外很多，目前大部分國外廠(chǎng)家在表面增強使用都是采用國內廈大校辦企業(yè)廈門(mén)市普識納米科技有限公司的技術(shù)，該公司是廈門(mén)大學(xué)田中群院士牽頭組織實(shí)施的國家重大科學(xué)儀器設備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項—“等離激元增強拉曼光譜儀器研發(fā)與應用”產(chǎn)業(yè)單位。
價(jià)格方面
目前，市面上的國產(chǎn)拉曼明顯比進(jìn)口拉曼便宜很多，*也在逐步擴大。
小結
國產(chǎn)拉曼相對于進(jìn)口拉曼的差距主要體現在光譜分辨率、靈敏度、信噪比、*穩定性上，對于部分簡(jiǎn)單應用是足夠的，但對于要求更高的應用，比如復雜體系中目標物的檢測存在巨大挑戰。
國產(chǎn)拉曼已實(shí)現從無(wú)到有的過(guò)程，下面的階段就是在性能上達到世界水平。由福建*、廈門(mén)大學(xué)、廈門(mén)市普識納米科技有限公司起草地方標準《便攜式拉曼光譜快速檢測儀》和《拉曼光譜儀》國家標準，將于2018年完成編訂，該標準編訂的完成將為拉曼光譜儀的生產(chǎn)、使用和檢驗提供技術(shù)依據，推動(dòng)拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展，也規范拉曼市場(chǎng)應用，也為國產(chǎn)拉曼起到規范進(jìn)步的指導。
