图 分光测色仪基本组成结构
然而随着科学技术的快速发展，科研和工业中对精密分析的需求也在不断提升。在面对更复杂的分子结构和化学成分分析中，传统分光光谱仪的分辨率和灵敏度以及难以满足要求。而拉曼光谱仪在这方面展现出了其独特的优势，因此虽然光谱分析的方法多种多样，但篇幅所限咱们重点讲讲拉曼光谱。
拉曼光谱仪是一种基于拉曼散射原理的分析仪器，它通过观察光和物质相互作用时的细微变化，来揭示物质的内部结构。拉曼光谱仪可以捕捉到物质分子层面的独特特征，就像每种分子都有一套独一无二的指纹，这些指纹帮助科学家更精准地分析样品的组成。
拉曼散射是一种特殊的光散射现象，最早由印度科学家C.V.拉曼在1928年验证。当一束单色激光照射在样品上时，绝大多数光子会简单地被反射或透射，保持原本的能量和颜色。但在少数情况下，一些光子会与样品中的分子发生互动，交换一部分能量，从而产生轻微的波长变化。这种波长的细微变化反映了分子内部的运动信息，例如分子的振动和旋转，进而揭示了分子的结构特征。
自从拉曼效应被发现以来，拉曼光谱仪的技术得到了持续的改进。拉曼和他的学生发明了世界上第一台拉曼光谱仪，其由光源、样品室、分光器和检测器构成。早期的拉曼光谱仪结构相对简单，通常使用汞灯作为光源。汞灯虽然可以提供基本的光源需求，但光强较弱，灵敏度有限，使得测量的精度和效率受到限制。
1960年代，激光技术的发明为拉曼光谱仪带来了革命性的进步。激光具有高强度和高度集中的单色光源特性，使得拉曼光谱的检测更加清晰准确。随着技术的进步，全息光栅、CCD探测器等新技术使得拉曼光谱仪能够捕捉到更微弱的信号，并更精确地解析出样品的分子特征。进入20世纪80年代，傅里叶变换拉曼光谱仪问世。这种新型光谱仪使用傅里叶变换技术处理信号，大幅提高了数据采集的速度，同时有效降低了测量中的噪声干扰。发展到今天，拉曼光谱仪不仅具备了高精度和高灵敏度，还在适用性和便携性上得到了显著提升，以使其能更适用于工业生产的各个领域。
图 拉曼光谱仪发展历程
解析光有什么用？
不要小瞧了对光的解析，光谱仪的应用以及融入在我们生活中的方方面面。
图 拉曼光谱仪在食品安全监测不同场景中的应用:(a)鉴定小麦和高粱籽粒中的真菌感染;(b)对玉米粒无创分析;(c)对食品加工中产生的果糖杆菌、发酵乳杆菌等菌类进行了分析鉴定;(d)结核病生物标志物定量检测;(e)临床诊断登革热;(f)检测胶质瘤细胞外囊泡
在环境科学领域，光谱技术正发挥着重要的作用，帮助我们监测空气、水体和土壤中的污染物。通过光谱分析，科学家们可以迅速检测出水中微量的重金属离子和有机污染物，从而识别污染源并评估环境治理的效果。
在医学领域，光谱技术它能够揭示细胞和组织层面分子的具体特征，帮助医生识别癌细胞与正常细胞之间的分子差异，帮助进行无创诊断和癌症早期筛查。
在我们非常关注的食品安全和药物检测领域，光谱技术甚至可以做到在现场直接检测食品中的非法添加剂或药物中的假冒成分，帮助监管机构确保食品和药品的安全性。
随着对光的理解的不断深入与科学技术的飞速发展，光谱仪在分辨率、灵敏度等方面也将取得更大突破。我们定能在更广泛的领域探索光谱的潜力，推动科学和技术的进一步革新。无论是在实验室内还是日常生活中，光谱技术将继续帮助我们识别和解决各种挑战，适用于更多不同的场景。
参考文献
蒋杰,李聪慧,姚森浩,等.拉曼光谱仪基本原理和典型应用[J].光散射学报,2024,36(03):305-319.
杨淑娟.高速高精度分光测色仪的分析与设计[D].西安电子科技大学,2007.
来源: 星空计划返回搜狐，查看更多