基本原理
当单色激光照射到样品上时,大部分光发生瑞利散射(频率不变),但约百万分之一的光子与分子振动/转动能级相互作用,发生非弹性散射,即拉曼散射,其频率发生偏移(称为拉曼位移,单位:cm-1)。
拉曼位移=入射光波数-散射光波数
每种分子具有独特的拉曼“指纹图谱”,可用于定性甚至定量分析。
主要特点
1.体积小、重量轻:通常手掌大小或略大,重量0.5–2 kg,便于手持或现场使用。
2.无需样品前处理:可直接透过玻璃瓶、塑料袋、透明包装检测(非接触、无损)。
3.快速检测:单次测量时间1–30秒。
4.高特异性:能区分结构相似物(如甲基苯丙胺vs咖啡因)。
5.激光波长常见值:785 nm(最常用,兼顾灵敏度与荧光抑制)、532 nm、1064 nm(用于强荧光样品)。
6.分辨率:通常8–12 cm-1,高端型号可达4cm-1以下。
7.光谱范围:一般200–3200 cm-1(覆盖大多数有机/无机物特征峰)。
组成结构
1.激光光源:半导体激光器(如785 nm)。
2.光学探头/采样模块:含聚焦透镜、滤光片(抑制瑞利散射)、光纤。
3.光谱仪核心:体相位全息光栅(VPHG)或MEMS光栅+CCD/CMOS探测器。
4.嵌入式处理器:运行光谱采集与分析算法。
5.人机交互界面:触摸屏、手机APP或PC软件。
6.电池与通信模块:支持蓝牙、Wi-Fi、USB数据传输。
操作步骤
1.开机预热(部分机型需30秒–2分钟稳定激光)。
2.背景/暗电流校正(首次使用或环境变化时)。
3.放置样品:
固体:直接对准表面;
液体/粉末:可装入玻璃瓶或专用样品池;
注意避免强荧光干扰(如彩色包装)。
启动测量:按下按钮或点击屏幕开始采集。
4.光谱分析:
仪器自动匹配内置数据库(如毒品库、药品库、化学品库);
显示物质名称、置信度、特征峰位置。
5.保存/导出结果:生成PDF报告、CSV数据或上传至云端平台。
维护保养
1.镜头清洁:使用专用镜头纸或吹气球清除灰尘,禁止用手或粗糙布料擦拭。
2.避免强光直射:长时间暴露于阳光可能影响探测器寿命。
3.防潮防震:存放于干燥箱,运输时使用防震包。
4.定期校准:使用标准样品(如硅片,520.7cm-1峰)验证波数准确性,建议每3–6个月一次。
5.电池管理:长期不用时保持50%电量,避免完全放电。
6.软件更新:定期升级数据库和固件以提升识别能力。
应用领域
1.公共安全与缉毒:快速识别毒品(海洛因、冰毒、芬太尼类)、爆炸物、危险化学品。
2.制药与药监:原料药鉴别、假药筛查、药品一致性评价。
3.珠宝与文物鉴定:鉴别钻石、翡翠、颜料、古籍墨迹等,无损检测。
4.食品安全:检测非法添加剂(如苏丹红)、掺假(橄榄油、蜂蜜)。
5.材料科学:石墨烯层数分析、碳材料D/G峰比、聚合物结晶度评估。
6.环境监测:微塑料识别、水中污染物快速筛查。
7.科研教学:高校化学、物理实验教学;野外矿物现场分析。