便攜式差分拉曼光譜儀介紹

        近年來，拉曼光譜技術在食品檢測、生物醫藥、分子結構研究、化工過程、生物化學、考古及文物鑒定、法學樣品分析等各行各業得到廣泛應用，被稱為“分子指紋”的拉曼光譜技術因其無損、便捷、速度快、穩定性高的優良特性，在光學快檢領域受到大力推崇。

       但是，在拉曼光譜檢測技術擁有眾多優點的同時，其缺陷也暴露出來，信號弱和易受干擾可以說是目前限制拉曼技術應用的瓶頸。特別是在拉曼光譜應用領域不斷擴展的現在，越來越多的物質或是因為條件限制無法獲取高信噪比的拉曼光譜，或是因為自身強熒光掩蓋了原本就很弱的拉曼信號，導致應用受限。

       位移差分拉曼光譜（SERDS），這種技術基于在兩個有輕微偏移的激發波長中收集兩張不同的光譜，由于分子所發射的光（熒光或磷光）只能從某一多重態中的低態激發，因此對于激發光的微小偏移并不影響背景（樣品受激發射光譜），同時，噪聲與環境干擾光也同樣與光源入射波長無關。而拉曼光譜作為散射光譜特征峰出現的位置與激發光源頻譜位置有固定關系，當激發光頻率移動時拉曼特征峰會跟著移動。根據這一原理，使用兩種波長光源對樣品照射時，獲取的兩張光譜中，受激發射光譜和噪聲背景分量是一致的，而拉曼光譜部分則會存在與光源波長差對應的平移。理想情況下對兩張譜圖進行差分處理，所獲得的差分譜中，受激發射譜和噪聲背景會完全抵消，剩下的是拉曼光譜與自身平移光譜的差分圖像。再通過去噪解卷積算法將拉曼光譜還原出來。

       但實際情況中，首先兩個光源無法同時測量，因此需采用分時鍵控的方式，這會導致兩次獲取光譜中的噪聲背景部分必然有差異。其次，物質的受激發射光譜與入射光源能量相關，而散射光譜能量同樣遵循瑞利定理與入射光波長的四次方成反比，這導致兩張原始光譜中的受激發射譜和散射譜分量都會有差異。入射光的波長差對差分還原算法至關重要，便攜式設備中如何控制光源臺間差并設計較高容錯性的還原算法也是技術可產品化的關鍵。而兩種波長光源的輸出能量差，則在計算差分譜時引入了對齊誤差，也需要通過一系列算法消除。這也是為什么自上世紀90年代提出差分拉曼方法后，該技術一直無法形成成熟產品，特別是小型化便攜式產品。