便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1引言在光學(xué)檢測中，拉曼圖譜因其特征峰可以反映出分子的結(jié)構(gòu)信息，故被稱為分子的“指紋”[1]，利用這一特性，拉曼光譜儀可鑒別各種各樣的物質(zhì)。如今作為一種重要的檢測和鑒別工具正逐漸應(yīng)用于醫(yī)藥、食品安全、珠寶鑒定、化工產(chǎn)品監(jiān)控、機(jī)場海關(guān)的安全檢測等方面，發(fā)揮了積極的作用。傳統(tǒng)的拉曼光譜儀具有寬光譜范圍、高靈敏度、高分辨率等特點，但作為實驗用儀器，為了保證性能而裝配了散熱風(fēng)扇、隔熱板等多種附加裝置，因此體積龐大、價格高昂并且需要較長時間分析數(shù)據(jù)，僅適用于實驗室。所以在一些非實驗室的場所中，傳統(tǒng)實驗用儀器使用受限，對現(xiàn)場檢測帶來諸多不便。由于拉曼光譜儀的可應(yīng)用場景越來也多，市場對其便攜化的需求進(jìn)一步提高，因此研發(fā)具有小巧便攜、操作智能、快速檢測等特點的拉曼光譜儀成為了對其研究的重點。便攜式的拉曼光譜儀將在公共安全檢測、勘探水土質(zhì)量、化工產(chǎn)品和珠寶鑒定等領(lǐng)域的現(xiàn)場檢測中發(fā)揮越來越重要的作用，而便攜化、智能化將會是拉曼光譜儀發(fā)展的主要方向。1.2便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展及現(xiàn)狀拉曼散射光譜是于1928年由印度科學(xué)家C.V.Raman在實驗中首次發(fā)現(xiàn)的[2]，但激發(fā)拉曼散射需要用一定頻率的光，受當(dāng)時的技術(shù)限制，激發(fā)出的拉曼散射信號十分微弱難以進(jìn)行檢測，因此之后近30年里對拉曼散射的研究難以得到進(jìn)展。20世紀(jì)60年代，激光技術(shù)的出現(xiàn)大力發(fā)展了拉曼光譜儀相關(guān)技術(shù)，激光器成為拉曼光譜儀新的光源，克服了以往汞弧燈的缺點。70年代共振激光拉曼技術(shù)得以發(fā)展，并且由于表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使得拉曼光譜儀進(jìn)一步改善了靈敏度較低、熒光干擾較大等問題。1983年科學(xué)家們成功進(jìn)行了傅立葉變化拉曼實驗[3]，此后傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)逐漸發(fā)展起來，該技術(shù)通過收集、多次累加信號來獲得更高質(zhì)量的光譜[4]。80年代以來，為了抑制雜散光，提高光源效率和靈敏度，拉曼光譜儀開始裝配拉曼探針和濾波器，也就是拉曼探針共焦激光拉曼光譜儀，這使得拉曼光譜儀得到了廣泛關(guān)注。20世紀(jì)90年代后期，拉曼光譜儀開始在醫(yī)藥化工檢測、公共安全、地水質(zhì)勘測、文物鑒定、食品安全等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，隨之產(chǎn)生的對其便攜化、現(xiàn)場快速檢測的需求也在不斷增加[5]。目前，國外研發(fā)便攜式拉曼光譜儀的廠商，如OceanOptics、BWTEK等，憑其先進(jìn)的技術(shù)和優(yōu)良的性能在仍占據(jù)著中國的大部分市場[6]。國內(nèi)研究拉曼光譜技術(shù)的機(jī)構(gòu)主要是科研單位和高校中光電相關(guān)院系。近年來國內(nèi)廠也家研制和生產(chǎn)出了性能不錯的便攜式拉曼光譜儀，如廈門的奧譜天成、上海的如海光電、北京的聚光科技等，如其中廈門奧譜天成的ATR3000系列，分辨率可達(dá)到6cm-1，并且可針對不同研究范圍定制不同的工作光譜范圍及其他各參數(shù)。該公司的ATR6600Pro也是國內(nèi)唯一的1064nm便攜式拉曼光譜，并其ATR6500系列可手持且靈敏度高，出口銷售至數(shù)十個國家。攜式拉曼光譜儀在各領(lǐng)域的檢測和分析中發(fā)揮著越來重要的作用，越來越多的人了解到了拉曼光譜儀的應(yīng)用前景，對其性能的各種需求也與日俱增，如專業(yè)化、智能化、穩(wěn)定性提高、可個人使用等需求，而這也是便攜式拉曼光譜儀近幾年國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)一步開發(fā)的目標(biāo)。1.3便攜式拉曼光譜儀的應(yīng)用由于對現(xiàn)場勘測檢驗的需求不斷擴(kuò)大，使得便攜式拉曼光譜儀的應(yīng)用范圍也在逐步擴(kuò)展。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不僅可以用于分辨真假藥，還可以應(yīng)用于疾病診斷，檢測血液中血紅蛋白質(zhì)量濃度[7]。在食品安全領(lǐng)域中，用于檢測食品成分的真實性及無接觸無污染測量水溶液的成分。在公共安全領(lǐng)域可以用于毒品、易燃易爆物等違禁物的檢測。在文玩鑒定領(lǐng)域中，用于珠寶、古物、古玩的鑒定。在水質(zhì)勘測領(lǐng)域中，用于水質(zhì)污染監(jiān)測、分析水質(zhì)成分中的各類污染物。在地質(zhì)勘測領(lǐng)域中，用于現(xiàn)場探礦、定量定性分析地殼和演示中礦石的成分，詳細(xì)研究土壤樣品的各類成分。在石油檢測領(lǐng)域中，用于檢測分析石油產(chǎn)品的成分組成和性能指標(biāo)并進(jìn)行油品的快速分類、各類燃料的質(zhì)量檢測、在線監(jiān)控輸油管線油品、工產(chǎn)品、石油產(chǎn)品。如今的便攜式拉曼光譜儀不僅在傳統(tǒng)的工業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)學(xué)等起到了至關(guān)重要的作用，同時也在高新技術(shù)的發(fā)展中被予以重用。在新能源領(lǐng)域中，用于分析測試不同材料，以找到便宜高效的光電材料。近年來也開始應(yīng)用在航空航天、生物研究、超微量領(lǐng)域檢測分析等前沿領(lǐng)域。1.4便攜式拉曼光譜儀的優(yōu)點便攜式拉曼光譜儀被越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用在現(xiàn)場檢測環(huán)節(jié)中，不僅是因為當(dāng)今世界的飛速發(fā)展與人們與日俱增的需求，更是因為便攜式拉曼光譜儀具備了很多優(yōu)點。實驗用拉曼光譜儀的分辨率一般波數(shù)小于1cm-1，激發(fā)光源通常選用極窄帶寬的單色激光，但相應(yīng)激光器體積偏大，無法進(jìn)行現(xiàn)場測試。而便攜式拉曼光譜儀的分辨率一般能達(dá)到6cm-1，光源采用窄帶半導(dǎo)體激光器，能量高，足以激發(fā)出拉曼信號得到準(zhǔn)確的拉曼光譜圖，且便便攜式拉曼光譜儀與傳統(tǒng)的拉曼光譜儀相比最大的優(yōu)點就是其體積小巧，方便攜帶，操作簡便，因此可以完成各種場景下的現(xiàn)場測試[8]，并且它在體積小的情況下也可實現(xiàn)拉曼光譜儀的主要功能并且檢測速度快、精準(zhǔn)度高、效率高、穩(wěn)定性好，而且其價格也相對親民，可以實現(xiàn)個人使用，因此便攜式拉曼光譜儀的實用性更高。參考文獻(xiàn)RamanCV,KrishnanKS.ANewTypeofSecondaryRadiation[J].Nature,1928,121(3048):501-502.KereszturyG.RamanSpectroscopy:Theory[M].JohnWiley&Sons,Ltd,2006.于永愛,吳維,朱冬寅,等.拉曼光譜技術(shù)與便攜式拉曼光譜儀[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2009,046(008):85-87.楊琨,吳瓊水,曾立波,朱秋萍.基于定鏡動態(tài)準(zhǔn)直的傅里葉變換拉曼光譜儀[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2010(04):13-17.朱自瑩，顧仁敖，陸天虹.拉曼光譜在化學(xué)中的應(yīng)用[D].沈陽：東北大學(xué)出版社，1998.邵晟宇,張琳,曹丙慶,等.便攜式拉曼光譜儀的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2013(01):28-32.任肖鋒,鄭大威,王惠琴,等.基于便攜式表面增強(qiáng)拉曼光譜儀檢測血紅蛋白[J].分析科學(xué)學(xué)報,2020,36(2):299-303.劉可滇.便攜式拉曼光譜儀的設(shè)計[J].分析儀器,2009(04):22-25.

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