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拉曼光譜測試樣品時，無需樣品預(yù)處理，不管固、液、氣，都可直接進(jìn)行測試。因此，拉曼儀器近些年發(fā)展很快，在材料、生物、地質(zhì)、冶金、礦業(yè)、陶瓷、制藥、環(huán)保、聚合物等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，出現(xiàn)的問題主要是針對某些樣品測量時，拉曼信號弱，熒光干擾嚴(yán)重，熒光信號湮沒了拉曼信號，導(dǎo)致譜圖拉曼信號峰很弱或沒有，從而限制了其應(yīng)用范圍。所以，拉曼儀器廠商在推出新儀器或改進(jìn)提高儀器性能，最后都落腳于增強(qiáng)拉曼信號，或者根據(jù)拉曼與熒光在時間維度上不同采用時間門控技術(shù)分開。
下面從技術(shù)原理、與顯微鏡的耦合、激光器、分光設(shè)計、檢測器的不同角度來介紹拉曼儀器的分類。
從拉曼采用的技術(shù)原理角度來看，世界商業(yè)化的拉曼儀器主要有以下幾種：
1. 時間門控拉曼（timegate Raman）
時間門控（時間解析）拉曼儀器是拉曼中的一匹黑馬，芬蘭的timegate PicoRaman是全球首創(chuàng)具有獨(dú)家專利技術(shù)的時間解析拉曼儀器，在世界上號稱我們能看到您想看而看不見的：
a) 它從技術(shù)原理上解決了熒光干擾問題，極大地拓展了拉曼應(yīng)用，對礦石、陶瓷、藥物、生物、聚合物等有機(jī)物分析變得非常輕松。
b) 可進(jìn)行高溫樣品的拉曼測試研究。儀器可將高溫樣品的強(qiáng)烈的背景輻射（黑體輻射）剔除而測得真正的拉曼信號。而一般的拉曼儀器因為高溫樣品背景輻射很強(qiáng)而得不到拉曼信號（強(qiáng)的背景輻射湮沒了拉曼信號）。
2. 采用光柵或傅里葉變換的常規(guī)拉曼
常規(guī)拉曼是指一般光學(xué)儀器結(jié)構(gòu)配CCD檢測器，在熒光抑制和增強(qiáng)拉曼信號方面被動，此類在無機(jī)分析商問題不大，有機(jī)分析時無拉曼信號或較弱。
3. 表面增強(qiáng)拉曼（surface-enhanced Raman）
激光激發(fā)金屬（金或銀）表面粒子產(chǎn)生載流子，載流子導(dǎo)致表面等離子體共振和增強(qiáng)金屬表面電場，從而增強(qiáng)了拉曼信號。表面增強(qiáng)拉曼基材很重要，一般是以金或銀的膠體或基材上附著金或銀的納米粒子進(jìn)行。
4. 針尖增強(qiáng)拉曼（tip-enhanced Raman）
針尖增強(qiáng)拉曼是結(jié)合掃描探針顯微鏡，掃描探針為金屬探針，在原子尺寸的探針上覆有銀或金，接近樣品分子時，激光激發(fā)針尖銀或金，增強(qiáng)了樣品拉曼信號。
針尖增強(qiáng)拉曼和表面增強(qiáng)拉曼基于相同原理。但是對于表面增強(qiáng)拉曼，因為樣品表面特性（不同）很難控制拉曼信號增強(qiáng)程度。
5. 共振拉曼(resonance Raman)
當(dāng)使用紫外可見段的激光源時，帶有生色團(tuán)的分子產(chǎn)生電子躍遷（頻率與激發(fā)波長相符），增強(qiáng)了拉曼信號，稱為共振拉曼。
相干反斯托克斯拉曼很少，在此不論。
受激拉曼和相干反斯托克斯拉曼很少，在此不論。
從拉曼和顯微鏡的耦合角度來看，拉曼儀器主要有以下兩種：
1.顯微拉曼
顯微拉曼是顯微鏡和拉曼儀器耦合，實(shí)現(xiàn)微區(qū)或特定分析。實(shí)驗室研究型拉曼多配置了顯微鏡，或預(yù)留了和知名顯微鏡品牌的接口。知名的顯微鏡例如奧林巴斯、萊卡等。
2.無需配置顯微鏡的拉曼
很多情形下，非研究微區(qū)拉曼、液體測量、氣體測量、工業(yè)現(xiàn)場等，都使用拉曼直接測量，無需配置顯微鏡。這部分拉曼儀器占絕大多數(shù)，主要根據(jù)研究對象、目的和經(jīng)費(fèi)等因素確定。包含便攜或在線拉曼，利用光纖或改變采樣方式等手段，使拉曼儀器滿足特定環(huán)境下的檢測，便攜或在線拉曼一般多為專用儀器。
從拉曼儀器所使用的激光器來看，拉曼儀器主要有以下幾種：
1. 脈沖激光的拉曼
根據(jù)時間門控技術(shù)和拉曼信號時間壽命，采用皮秒激光脈沖。這種高新技術(shù)對激光器和檢測器的硬件要求極高。
2. 連續(xù)激光的拉曼
一般的拉曼儀器多采用連續(xù)激光，檢測器端連續(xù)掃描積分得到拉曼譜圖。
3. 不同激發(fā)波長的拉曼
統(tǒng)計各廠商的拉曼儀器所采用的激光器波長，紫外、可見、近紅外波段都有使用。不同的激發(fā)波長，在具體研究項目或應(yīng)用中效果不同甚至有明顯差異，故而廠商有時提供多個激光源，供用戶選擇。
最常用的激發(fā)波長是532nm,785nm,1064nm.
從拉曼儀器所采用的分光設(shè)計來看，拉曼儀器都是光柵分光，只是具體細(xì)節(jié)各家有所區(qū)別：
光柵分光有透射、反射方式等，光柵規(guī)格和數(shù)量又有不同組合。
典型和常用的是Czerny–Turner光路結(jié)構(gòu)，如下圖：
兩個凹面鏡分別作準(zhǔn)直鏡C和成像鏡E，平面反射光柵D作色散元件。
從檢測器角度來分類，拉曼儀器分為SPAD、CCD、InGaAs
1. SPAD檢測器
SPAD或CMOS-SPAD，即single-photon avalanche diode,單光子雪崩二極管；CMOS,complementary metal-oxide semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CMOS-SPAD陣列檢測器可實(shí)現(xiàn)對單光子的檢測和計數(shù)。拉曼儀器中配置有多個CMOS-SPAD陣列芯片，確保準(zhǔn)確而完整接收光學(xué)信號。
2. CCD檢測器
CCD,Charge Coupled Device電荷耦合器件，把光學(xué)信號轉(zhuǎn)為電信號。儀器普遍采用CCD陣列，其中有線陣列、面陣列。
CCD的制冷方式也有不同，有半導(dǎo)體（TE）制冷、液氮制冷、空氣制冷。
3. InGaAs檢測器
InGaAs陣列檢測器常用于近紅外。當(dāng)近紅外1064納米的激光作為激發(fā)波長，配置此檢測器（1600-2200納米）。一般地，常規(guī)和研究型拉曼儀器不采用該檢測器。
在實(shí)際研究和應(yīng)用中，常根據(jù)具體應(yīng)用和測試對象，選擇和選配恰當(dāng)?shù)膬x器。例如拉曼測試有機(jī)氣體，需要考慮分子密度很小，直接測試較困難，可以設(shè)計較大的光程來克服；當(dāng)測試熒光干擾嚴(yán)重的樣品時，優(yōu)先選擇抑制熒光效果好，原始拉曼譜圖信號顯著的儀器或配置，或者直接選擇從根本上消除熒光干擾和背景輻射的時間門控拉曼儀器。
文章來源：富爾邦微信公眾號
文章鏈接：拉曼儀器分類-超強(qiáng)知識帖
文字報道：汪亞東
文章編輯：董榮錄
