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拉曼光譜測試樣品時，無需樣品預處理，不管固、液、氣，都可直接進行測試。因此，拉曼儀器近些年發展很快，在材料、生物、地質、冶金、礦業、陶瓷、制藥、環保、聚合物等領域獲得廣泛應用。在應用過程中，出現的問題主要是針對某些樣品測量時，拉曼信號弱，熒光干擾嚴重，熒光信號湮沒了拉曼信號，導致譜圖拉曼信號峰很弱或沒有，從而限制了其應用范圍。所以，拉曼儀器廠商在推出新儀器或改進提高儀器性能，最后都落腳于增強拉曼信號，或者根據拉曼與熒光在時間維度上不同采用時間門控技術分開。
下面從技術原理、與顯微鏡的耦合、激光器、分光設計、檢測器的不同角度來介紹拉曼儀器的分類。
從拉曼采用的技術原理角度來看，世界商業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是全球首創具有獨家專利技術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) 它從技術原理上解決了熒光干擾問題，極大地拓展了拉曼應用，對礦石、陶瓷、藥物、生物、聚合物等有機物分析變得非常輕松。
b) 可進行高溫樣品的拉曼測試研究。儀器可將高溫樣品的強烈的背景輻射（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而得不到拉曼信號（強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拉曼
常規拉曼是指一般光學儀器結構配CCD檢測器，在熒光抑制和增強拉曼信號方面被動，此類在無機分析商問題不大，有機分析時無拉曼信號或較弱。
3. 表面增強拉曼（surface-enhanced Raman）
激光激發金屬（金或銀）表面粒子產生載流子，載流子導致表面等離子體共振和增強金屬表面電場，從而增強了拉曼信號。表面增強拉曼基材很重要，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行。
4. 針尖增強拉曼（tip-enhanced Raman）
針尖增強拉曼是結合掃描探針顯微鏡，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，激光激發針尖銀或金，增強了樣品拉曼信號。
針尖增強拉曼和表面增強拉曼基于相同原理。但是對于表面增強拉曼，因為樣品表面特性（不同）很難控制拉曼信號增強程度。
5. 共振拉曼(resonance Raman)
當使用紫外可見段的激光源時，帶有生色團的分子產生電子躍遷（頻率與激發波長相符），增強了拉曼信號，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，實現微區或特定分析。實驗室研究型拉曼多配置了顯微鏡，或預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，非研究微區拉曼、液體測量、氣體測量、工業現場等，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，主要根據研究對象、目的和經費等因素確定。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
根據時間門控技術和拉曼信號時間壽命，采用皮秒激光脈沖。這種高新技術對激光器和檢測器的硬件要求極高。
2. 連續激光的拉曼
一般的拉曼儀器多采用連續激光，檢測器端連續掃描積分得到拉曼譜圖。
3. 不同激發波長的拉曼
統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。不同的激發波長，在具體研究項目或應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。
最常用的激發波長是532nm,785nm,1064nm.
從拉曼儀器所采用的分光設計來看，拉曼儀器都是光柵分光，只是具體細節各家有所區別：
光柵分光有透射、反射方式等，光柵規格和數量又有不同組合。
典型和常用的是Czerny–Turner光路結構，如下圖：
兩個凹面鏡分別作準直鏡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,互補金屬氧化物半導體。CMOS-SPAD陣列檢測器可實現對單光子的檢測和計數。拉曼儀器中配置有多個CMOS-SPAD陣列芯片，確保準確而完整接收光學信號。
2. CCD檢測器
CCD,Charge Coupled Device電荷耦合器件，把光學信號轉為電信號。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。當近紅外1064納米的激光作為激發波長，配置此檢測器（1600-2200納米）。一般地，常規和研究型拉曼儀器不采用該檢測器。
在實際研究和應用中，常根據具體應用和測試對象，選擇和選配恰當的儀器。例如拉曼測試有機氣體，需要考慮分子密度很小，直接測試較困難，可以設計較大的光程來克服；當測試熒光干擾嚴重的樣品時，優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-超強知識帖
文字報道：汪亞東
文章編輯：董榮錄
