拉曼光譜系統(tǒng)的分類及優(yōu)缺點

拉曼系統(tǒng)根據(jù)探測方式，靈敏度，體積，成本等大體可以分為四個類型：共焦拉曼顯微系統(tǒng)，基于科研級光譜儀的拉曼系統(tǒng)，基于迷你光譜儀的拉曼系統(tǒng)，手持型光譜儀。它們各自有自己的優(yōu)缺點。

一，共焦拉曼顯微系統(tǒng)

共焦系統(tǒng)首先是由Marvin Minsky于1955年發(fā)明的。在共焦拉曼系統(tǒng)中，激發(fā)光是通過顯微鏡的物鏡聚焦照射到樣本之上，然后拉曼信號由同一個物鏡進行收集并使用二向色鏡與激發(fā)光分離。

共焦拉曼系統(tǒng)的實驗裝置

在探測器前會有一個小孔，小孔與樣本中激光的焦點共軛，這樣只有焦點位置產(chǎn)生的拉曼信號才能通過小孔被探測器探測，而焦點以外的拉曼散射光則被擋住。因而共焦拉曼顯微系統(tǒng)具有很高的空間分辨率，同時由于小孔的存在，具備了3D成像的能力。

因為小孔的存在，拉曼信號也會相對比較薄弱，因而共焦拉曼系統(tǒng)的相機通常會采用一些靈敏度高的，噪聲低的比較高端的相機，比如可以降溫到-70度的深度耗盡型背照式CCD。最近為了提高顯微拉曼的掃描速度，emccd成為了新的流行的共焦拉曼系統(tǒng)的探測器，通過使用EMCCD,可以在每像素曝光時間1ms的情況下就獲得信噪比可以接受的拉曼信號。

共焦拉曼系統(tǒng)較為復(fù)雜，體積也比較龐大，因此共焦拉曼系統(tǒng)更多的是局限在實驗室中的使用，此外由于好的顯微鏡，物鏡，高端的CCD的使用，共焦拉曼顯微系統(tǒng)的成本也相對較高。

二，基于科研級光譜儀的拉曼系統(tǒng)

科研級光譜儀由于可以使用較大的光柵，較長的透鏡，因而具有分辨率高，光收集效率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。此外科研級光譜儀一般也是與降溫到-70℃的深度耗盡背照式CCD，液態(tài)氮冷卻的CCD或者EMCCD搭配，因而基于科研級光譜儀的拉曼系統(tǒng)具有光譜分辨率高，靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大等優(yōu)點，非常適合探測極其微弱的拉曼信號，或者是對探測速度有一定要求的場合。

基于科研級光譜儀的拉曼系統(tǒng)

比如使用拉曼探針通過胃窺鏡探測胃中對異常組織進行癌變篩查，這種情況要求每個點的光譜探測時間應(yīng)該小于0.5秒，同時因為生物組織的熒光較強，要求探測器有很好的動態(tài)范圍，從而能從很強的熒光中處理得到微弱的拉曼信號。

但是科研級光譜儀的拉曼系統(tǒng)成本較高，便攜性較低，因此也主要局限在大型實驗室，科研院所中使用。

三，基于迷你光譜儀的拉曼光譜系統(tǒng)

對于拉曼信號不是十分微弱，或者對分辨率要求不是很高的場合，科研級的光譜儀可以使用普通的迷你光譜儀進行替代。

基于迷你光譜儀的拉曼系統(tǒng)

迷你光譜儀具有體積?。?0*10*5cm3），重量輕（~1.5kg），易便攜，成本低的優(yōu)點，適合于普通實驗室或者對便攜性有一定需求的場合。上圖是基于迷你光譜儀的拉曼系統(tǒng)的配置。迷你光譜儀一般使用背照式CCD與電子降溫到-10度來提高靈敏度與降低暗噪聲。

濱松也生產(chǎn)了專門適用于拉曼光譜系統(tǒng)的迷你光譜儀，包括C11713CA/C11714CB，兩個迷你光譜儀分別適用于532nm激發(fā)與785nm激發(fā)，光譜分辨率可以達到0.3nm。還有更為小型的C13504MA，大小比蘋果4手機還要小一些。

四，手持型拉曼光譜儀

有些廠商會把光源，光柵，探測器等集成到一個盒子里，從而使手持型拉曼設(shè)備成為了可能。如下圖可以看到是Thermo Fishser出產(chǎn)的手持型光譜儀。

Thermofisher手持型拉曼系統(tǒng)用于化學(xué)檢測

而由于SERS技術(shù)的發(fā)展，拉曼系統(tǒng)對于探測器的噪聲水平，光源功率等要求降低，使的拉曼系統(tǒng)體積與重量進一步減小成為了可能。濱松公司生產(chǎn)的C13560基于SERS的拉曼光譜儀是世界上目前最小的手持型光譜儀，重量僅為86g，體積比蘋果4手機還小，可以使用手機控制數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析。非常適合食品安全，毒品檢查等便攜性需求較高的應(yīng)用場景。

濱松的基于SERS的超輕便手持型迷你光譜儀C13560