拉曼光譜可以高靈敏度分析化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成，具有非接觸、非侵入性和無(wú)損性，無(wú)需樣品制備(或者只需簡(jiǎn)單樣品制備)等特點(diǎn)。隨著儀器開(kāi)發(fā)和分析方法等方面的突破，如熒光校正技術(shù)等，拉曼光譜得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，包括醫(yī)療診斷、藥物分析、假冒藥品鑒定、爆炸物探測(cè)、文物檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

       近年來(lái)，發(fā)展高效和易于使用的小型便攜式或手持式拉曼系統(tǒng)是拉曼光譜一個(gè)很重要的發(fā)展方向。大多數(shù)這樣的手持系統(tǒng)能夠直接分析容器和包裝袋中的樣品，不需要任何樣品制備，同時(shí)也避免了對(duì)化學(xué)物質(zhì)的接觸。

       目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有來(lái)自于10多個(gè)生產(chǎn)廠家的20多款商品化的手持式拉曼分析儀。

   研究目的

   那么，選擇一款適合的手持拉曼光譜儀需要考慮哪些關(guān)鍵因素?本文的一個(gè)重要目的就是給出半理論、半經(jīng)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，幫助用戶選擇一款最適合其應(yīng)用的手持式拉曼光譜儀，表1和圖1對(duì)性能比較進(jìn)行了匯總：

       手持拉曼的激發(fā)波長(zhǎng)很大程度上決定了拉曼信號(hào)的強(qiáng)度(分析速度和精度)。此外，還會(huì)影響到光學(xué)元件的效率和相關(guān)檢測(cè)器的量子效率(CCD、InGaAs)以及光譜分辨率等。目前，大多數(shù)商品化的手持拉曼光譜儀采用785nm或1064nm的激發(fā)。只有少數(shù)最近生產(chǎn)的手持式拉曼系統(tǒng)使用其他激發(fā)波長(zhǎng)，包括532nm。

       此外，本文還通過(guò)實(shí)驗(yàn)特別介紹了使用532nm激光的手持式拉曼分析儀在假藥檢測(cè)以及爆炸物檢測(cè)方面的性能表現(xiàn)(與785、1064nm進(jìn)行對(duì)比)。

       雖然多個(gè)商業(yè)化激光在技術(shù)上可以滿足給定的應(yīng)用，但對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，通常只有一個(gè)可以提供最好的解決方案。所以選擇最佳激發(fā)波長(zhǎng)時(shí)要考慮多方面的因素:每個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的分析速度和準(zhǔn)確度、樣品的熒光背景、樣本基質(zhì)的透明度(容器壁、溶劑、被測(cè)物)等等。

       在分析速度和準(zhǔn)確度方面，532nm激光得到的拉曼信號(hào)強(qiáng)度(單位激光強(qiáng)度)是785nm或者1064nm的5-16倍，這是因?yàn)槔鼜?qiáng)度與激發(fā)波長(zhǎng)的四次方成反比：IRaman?(1/λEx)4。此外,在532nm處，先進(jìn)的光探測(cè)器和光學(xué)器件具有更高的量子效率(與785和1064nm相比)，可以進(jìn)一步提高拉曼信噪比。

       相比之下，在降低熒光背景方面，1064nm是首選。然而，1064nm在分析速度方面比532nm、785nm系統(tǒng)(單位激光功率)分別慢16倍和3倍。因此，1064nm激光適合具有非常強(qiáng)烈熒光的樣品，其他情況下，785nm，特別是532nm的激光可以提供更快的分析。

       為了考察樣品基質(zhì)對(duì)拉曼信號(hào)的影響。圖1a給出了幾個(gè)典型樣本的透射情況：透明玻璃(實(shí)驗(yàn)室小瓶或一般瓶子)、琥珀玻璃(小瓶或一般瓶子)、透明塑料(培養(yǎng)皿、塑料瓶、證據(jù)袋或罩板包裝)、仿琥珀塑料(醫(yī)療處方瓶)、水和乙醇等。

       所有樣品分析均使用RamTest手持式拉曼(BioTools,Inc.);激光：532nm;光譜范圍120-4000cm-1;光譜分辨率~4cm-1。

       所有測(cè)試都是在自動(dòng)模式下運(yùn)行，所有測(cè)量參數(shù)自動(dòng)調(diào)整以優(yōu)化信噪比，減少熒光，剩余的熒光背景(如果存在)自動(dòng)扣除。

       532nm手持式拉曼最有前途的一個(gè)新應(yīng)用就是對(duì)假冒生物制劑的檢測(cè)。532nm手持系統(tǒng)的優(yōu)越性能包括：更強(qiáng)的拉曼信號(hào)，水對(duì)532nm激光更低的吸收(圖1)。這兩個(gè)因素的結(jié)合使532nm手持式拉曼光譜在水溶液中各種肽或蛋白質(zhì)的定量分析方面具有無(wú)與倫比的能力。

       奧譜天成生產(chǎn)的ATR3100-532便攜式拉曼光譜儀、ATR3110-532型便攜式拉曼、ATR8100-532型顯微拉曼光譜儀、ATR8200-532自動(dòng)聚焦型顯微拉曼光譜儀、ATR8300-532型顯微成像自動(dòng)聚焦拉曼光譜儀，就是采用532nm波長(zhǎng)激發(fā)的拉曼光譜儀。

       所有案例都使用自動(dòng)取樣的方法，不需要很多的拉曼知識(shí)。結(jié)果顯示，532nm手持式拉曼可以快速、簡(jiǎn)單、明確的鑒別原藥和假冒藥。同時(shí)結(jié)果也證明，532nm手持式拉曼可以為制藥公司、藥房等提供強(qiáng)大的、低成本的解決方案。

       全球恐怖主義數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表明,過(guò)去十年使用爆炸裝置進(jìn)行恐怖襲擊的數(shù)量大大增加，包括便攜式拉曼等很多分析方法都被開(kāi)發(fā)用來(lái)進(jìn)行爆炸物以及前體和分解產(chǎn)物的檢測(cè)。

       圖3顯示：532nm手持式拉曼可以對(duì)炸藥進(jìn)行快速、可靠和安全的檢測(cè)、鑒定和定量分析。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)中的一些炸藥或前體曾被認(rèn)為具有“強(qiáng)烈熒光”(如二硝基萘)或使用手持式拉曼“很難檢測(cè)”(如環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX)、氨和硝酸銨)。

       應(yīng)該注意的是，532nm激發(fā)可以在1-5s內(nèi)可靠的識(shí)別和檢測(cè)上述所有物質(zhì)，而且與785和1064nm相比，532nm得到的拉曼信號(hào)更強(qiáng)。

       相比785nm和1064nm，532nm的激光具有更強(qiáng)的散射，同時(shí)手持式拉曼系統(tǒng)具有更寬的光譜范圍的100-4000cm-1,更好的光譜分辨率：4-6cm-1。如此寬的光譜范圍也為手持式拉曼拓展了一些新的應(yīng)用，包括水溶液中分析物的自動(dòng)定量。圖3d直接顯示了水溶液中過(guò)氧化氫的自動(dòng)定量，低至<0.1%。

   結(jié)論

       分析結(jié)果表明，作為手持拉曼的一個(gè)極具吸引力的選擇，532nm激發(fā)應(yīng)該被重新審視，其優(yōu)勢(shì)包括：儀器成本降低兩倍，很多實(shí)際應(yīng)用分析速度提高5-16倍，激光功率降低(實(shí)現(xiàn)炸藥的安全檢測(cè)，減少激光安全問(wèn)題和激光誘導(dǎo)的樣本退化，延長(zhǎng)電池連續(xù)操作時(shí)間)，進(jìn)行水和大多數(shù)有機(jī)溶劑中被分析物檢測(cè)時(shí)性能優(yōu)越，能夠通過(guò)各種各樣的玻璃和塑料容器(包括琥珀)進(jìn)行分析,光譜范圍和光譜分辨率得到改善，同時(shí)也改善了光譜檢測(cè)限，提高了分析精度。

       因此，532nm手持式拉曼光譜可以顯著改善很大一部分實(shí)際應(yīng)用，并擴(kuò)展新的應(yīng)用領(lǐng)域。適合的應(yīng)用包括但不限于假冒生物制劑、炸藥的快速檢測(cè)、復(fù)雜混合物單個(gè)成分的識(shí)別、水溶液中分析物的自動(dòng)定量、在水或有機(jī)溶劑中稀釋的被分析物檢測(cè)，以及之前一些使用手持式拉曼認(rèn)為“很難檢測(cè)”的多個(gè)化合物等。