作者：Prof W R. Browne, Dr A. Draksharapu
拉曼效应，或者称之为“光的非弹性散射”是由C.V.拉曼在1928年第一次观测到的，他也因此在1930年获得了诺贝尔奖。但是仅仅在近二十年，科研工作者才开始认识到拉曼光谱作为广泛用于医疗分析技术或者生命科学领域定点分析工具的潜力。这首先得益于紧凑激光器，高灵敏度的相机和高分辨率的紧凑型光谱仪的应用，

波长是关键

拉曼光谱和它的姐妹技术，红外光谱，相比，在物理基础上提供了巨大的灵活性和优势。但是同时也对激发源提供了巨大的挑战：激发源需要如下特性，1）高度的单色性(拉曼谱带和光源具有一样的形状)，2）高度准直，3）高强度（由于非弹性散射的概率很低，在10万个光子里面只有一个会发生非弹性散射）。因此只有激光的出现才把拉曼光谱从一种只在科学文献中存在的技术带到了实用领域。

图1，近红外色散拉曼光谱。两张对比的光谱来自于同一个有机荧光团的固体样本，红色的是785 nm波长的激光得到的光谱，另外一个的激光波长是1064 nm（蓝色）。使用的激光器是100 mW的Cobolt Rumba^TM 1064 nm激光器，光谱仪的曝光时间为5 s，型号是Andor idus163，探测器的型号是iDus-InGaAs。
在试验中选择合适的激光器，首先就是要根据应用选择合适的波长。例如，荧光信号正常情况下都比拉曼信号要强，但是拉曼信号和荧光信号不同在于，即使是激发光在吸收带以外依然可以观测到拉曼信号。图1就表示当我们在785 nm的激发光下记录拉曼光谱（此时吸收/荧光和拉曼过程相互竞争）时，硼基荧光团的荧光信号淹没了拉曼信号，而在1064 nm的波长下就基本没有荧光信号。这样的结果表明选择正确的激发波长尤为重要。

拉曼用的DPSS激光

直到最近，科研工作者仍然把离子气体激光器（比如氩离子，氦离子，氦镉激光器和氪离子激光器）作为拉曼光谱的首选。但是随着越来越多的各种波长的二极管泵浦固态（DPSS）连续激光器的出现，它们既具有高平均功率（> 1 W）又具有紧凑的设计。这意味着在任何的现场便携式应用以及实验室应用中，多波长拉曼光谱都可以用很低的价格来实现。比如，Cobolt DPSS激光器具有极窄的线宽（<1MHz），高度的波长稳定性，以及高度的光谱纯度（大于-60dB），是拉曼光谱的完美选择。

图2，铜（Ⅱ）配合物（水溶液中浓度为1mM）的拉曼光谱，使用的激光为355 nm（Cobolt Zouk^TM, 10 mW）和473 nm（Cobolt Blues^TM 50 mW）。355 nm的激光与铜（Ⅱ）配合物的电子吸收谱带很接近，因此得到的拉曼光强度要高。

拉曼散射天生就弱？

虽然非弹性散射光子的数目非常小，但是这并不意味着拉曼散射不能用于探测低浓度（比如浓度小于1mM）的组分，或者试验中不能快速得到光谱。当使用的激光与组分吸收光的波长接近或者相同时（即发生了共振），这样的组分测得的拉曼信号可以增强一万倍。图2就是共振拉曼效应的一个例子，选择355 nm波长的激光（而不是473 nm波长的），我们可以得到更强的拉曼信号，同时提高了分辨率。

结论

随着高性能的DPSS激光器的普及，我们在观测拉曼光谱时可以选择从紫外到近红外的一系列波长。而这一切的实际应用才刚刚开始。

Reference

1. P. Dijkstra, Davide Angelone, E. Taknishnikh, H. J. Wörtche, E. Otten, W. R. Browne, Dalton, 2014, 10.1039/C4DT01393J
2. W. R. Browne, J. J. McGarvey, Coord. Chem. Rev., 2007, 251, 454-473.

（翻译：北京鼎信优威光子科技有限公司       汪 阳 博士）