第二期 |《走进拉曼的世界》专栏

拉曼光谱技术的主要优势之一在于，它几乎可以分析所有非金属材料。这使其在鉴定未知物质方面价值非凡，例如工业污染物或司法鉴定样品。 

此外，拉曼光谱分析仅需简单的样品制备，只要能够将光聚焦在样品上，就能够以非接触、无损的方式采集拉曼光谱。根据所选光学元件配置，拉曼分析既适用于微量的痕量材料，也能用于大尺寸或块状样品。 

拉曼成像无需使用着色剂或染料即可直接分析生物细胞和组织，因此成为生物学家的理想选择。作为一种无标记技术，拉曼分析不仅能检测微生物、区分不同细胞区域，还可预测疾病状态并追踪细胞过程。如图1所示，拉曼成像能够清晰区分人脑组织的不同分层。 

与红外 (IR) 光谱不同，拉曼光谱适用于水溶液样品的分析，这使其在胶状悬浮液（包括光镊捕获的微生物）化学分析中表现出色。凭借这一特性，拉曼光谱技术在生化反应混合物的过程监控中应用日益广泛，这不仅得益于技术进步，也受到美国食品药品监督管理局 (FDA) 提出的“过程分析技术 (PAT)”框架推动，该框架旨在指导生物制药生产。

另一项日益显著的趋势是支持多模态成像。作为一种无损光学检测技术，拉曼分析可与多种仪器无缝集成，包括扫描电子显微镜 (SEM)、原子力显微镜 (AFM)、荧光寿命显微成像 (FLIM) 以及光电流成像等，提供更丰富的分析维度。

如今的科研级显微拉曼光谱仪，仅需数分钟即可完成厘米级大面积样品的拉曼成像，这在二十年前几乎是不可想象的。让我们深入探讨这些先进技术所带来的优势。

2008年，雷尼绍推出的StreamLine™成像技术，为大面积样品的快速拉曼成像带来了革命性突破。该技术采用线光斑激光激发样品分子振动，在探测器上连续读取并行光谱序列，从而以极短的测量时间生成大面积化学图像。图2展示了快速拉曼成像技术如何在一张美元钞票上检测独特的纸张纤维，并检测痕量爆炸物。该技术对整张钞票进行了全面分析，未遗漏任何痕量爆炸物颗粒。 

为进一步加快拉曼成像速度，雷尼绍专有通信技术可将样品台的移动与CCD探测器的读取过程精准同步，从而使StreamLine™ Rapide成像技术能够以每秒1,500张光谱的速度采集数据。图3即是一幅在极高速度下获取的大面积高分辨率化学图像。 

对于科学家和制造商而言，在分析具有统计学意义的大批量样品时，自动化与快速拉曼成像是强有力的工具。现代显微拉曼光谱仪可实现从数据采集、样品定位与聚焦，到数据处理与分析的全流程自动化。图4展示了对一批15个药片进行分析，以确定药物活性成分 (API) 分布的过程。操作人员只需装载样品，几分钟内即可启动测量，随后光谱仪自动采集拉曼数据，并通过标准商业光谱软件完成数据处理与分析。

现代拉曼光谱仪还具备自动聚焦追踪功能，可在测量过程中记录样品表面形貌变化，生成3D拉曼图像，将化学信息与结构及表面形貌相关联。图5展示了鹦鹉螺化石的形貌拉曼图像，其中硫化铁拉曼谱峰的位置变化揭示了压缩应力（红色）和拉伸应力（蓝色）较高的区域。硫化铁的压缩应力出现在隔膜边缘附近曲率最大的区域，表明结晶度和应力特性与鹦鹉螺隔膜的形状密切相关。 

2016年，雷尼绍率先推出LiveTrack™实时聚焦追踪技术，该技术在温度或湿度等环境条件易变的原位研究中尤为重要。它能在样品表面因膨胀或收缩而发生位移时，确保拉曼信号强度始终保持最佳状态，从而有效研究相变或热退火过程中的化学和结构变化。

《走进拉曼的世界》

第一期：拉曼光谱：材料分析的“化学指纹”