圖1：藥物乳液的共焦拉曼圖像。油(綠色)、活性藥物成分(藍(lán)色)和硅雜質(zhì)(紅色)的化學(xué)分布如圖所示

由于正常拉曼散射產(chǎn)生的信號(hào)非常小，研究人員發(fā)現(xiàn)了幾種機(jī)制，通過(guò)提高拉曼散射的概率來(lái)對(duì)抗與拉曼光譜相關(guān)的低信號(hào)。信號(hào)增強(qiáng)可以通過(guò)使用兩種理論來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一種是表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)，它使用金屬表面來(lái)放大局部電場(chǎng)，增加拉曼散射的機(jī)會(huì)，并產(chǎn)生更高的強(qiáng)度輸出?；蛘撸诠舱窭庾V下進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)，當(dāng)入射光的頻率接近分子中電子吸收帶的頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生共振拉曼光譜，從而增加拉曼效應(yīng)的強(qiáng)度。

拉曼光譜也經(jīng)常被集成到顯微鏡技術(shù)中，例如共焦顯微鏡。在這些情況下使用的顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡的不同之處在于，它們包括額外的組件，如激發(fā)激光器、激光濾波器和光譜儀。拉曼裝置可以無(wú)縫集成到顯微鏡光路中的區(qū)域中，在該區(qū)域中，光在離開(kāi)無(wú)限共軛物鏡后被準(zhǔn)直。為了幫助這一過(guò)程，較長(zhǎng)的管長(zhǎng)度可能有利于將附加部件裝配到系統(tǒng)中。在微觀水平上使用拉曼光譜有利于分析微觀結(jié)構(gòu)以進(jìn)行化學(xué)鑒定。

拉曼光譜也可用于增強(qiáng)傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)成像。借助拉曼技術(shù)，可以在體外進(jìn)行成像，以實(shí)現(xiàn)活體內(nèi)生物結(jié)構(gòu)的可視化。此外，可以使用共焦顯微鏡結(jié)合拉曼光譜獲得高分辨率圖像。這導(dǎo)致了3D成像的空間分辨率的提高。

不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用

拉曼光譜可以用于各種應(yīng)用中。它對(duì)那些參與生命科學(xué)的人來(lái)說(shuō)非常有用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種方法分析的光譜提供了特定分子的準(zhǔn)確和獨(dú)特的標(biāo)識(shí)符。例如，拉曼光譜通常被用作鑒定藥物的技術(shù)。可以通過(guò)塑料瓶進(jìn)行測(cè)量，打開(kāi)瓶子檢查毒品而不會(huì)污染它們。邊境巡邏人員使用手持拉曼光譜設(shè)備快速準(zhǔn)確地分析未知沒(méi)收物質(zhì)的光譜。通過(guò)將未知物質(zhì)的光譜與芬太尼等非法藥物的光譜進(jìn)行比較，官員們可以安全地處理危險(xiǎn)物質(zhì)。除了實(shí)用性之外，樣品可以在沒(méi)有任何額外添加劑或制備的情況下使用，這使得拉曼光譜不僅有用，而且便攜高效。

便攜式拉曼光譜設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)也有助于快速識(shí)別標(biāo)本，例如在法醫(yī)分析或護(hù)理點(diǎn)臨床環(huán)境中。這些手持設(shè)備在掃描危險(xiǎn)樣本時(shí)非常有價(jià)值，因?yàn)樗鼈兛梢栽趯⒉牧媳４嬖诎b中的同時(shí)確定化學(xué)成分。同樣，國(guó)防部使用拉曼光譜通過(guò)透明容器分析爆炸材料，而不會(huì)發(fā)生意外爆炸。當(dāng)然，這些并不是拉曼技術(shù)適用的唯一例子。拉曼光譜用于其他學(xué)科，如化學(xué)，在分子水平上識(shí)別結(jié)構(gòu);在材料科學(xué)領(lǐng)域，觀察材料的應(yīng)力和應(yīng)變;在地質(zhì)學(xué)中識(shí)別不同的寶石;以及在本領(lǐng)域中識(shí)別未知顏料或涂料。

拉曼光譜是一種用于識(shí)別未知物質(zhì)的強(qiáng)大技術(shù)。創(chuàng)建拉曼光譜系統(tǒng)時(shí)，選擇正確的光學(xué)組件至關(guān)重要。選擇合適的鏡子、透鏡、棱鏡、濾波器和其他組件可以幫助最大限度地減少噪聲和光損失，從而能夠滿足任何給定應(yīng)用的要求。從考古學(xué)到疾病診斷，這種基于激光的診斷方法對(duì)各種不同領(lǐng)域都至關(guān)重要。

審核編輯 黃宇