拉曼光谱仪原理

这两年，拉曼光谱仪一直吸引着业内人士的眼球，各大仪器厂商不断在新产品、新技术、新应用等方面推陈出新，精心布局，不仅如此，新迈入此领域的仪器厂商也层出不穷，可谓热闹非凡。　　拉曼光谱如此的蓬勃发展给广大用户提供了更多可选择的空间，那么，当前有哪些主流企业/主流产品?有哪些最新的技术/应用?哪款仪器更适合用户自己的研究工作?　　仪器信息网：奥谱天成拉曼光谱仪的定位?　　奥谱天成：奥谱天成(厦门)科技有限公司，由中科院光电行业专家筹建，公司聚焦于光谱分析仪器、光电模块等领域，致力于开发具有国际领先水平的技术创新和应用推广。公司集研发、生产和销售于一体，专注于光谱分析仪器等光机电一体化产品，成功地为国内外不同领域的众多客户提供了先进的技术解决方案和高品质的产品。　　奥谱天成是由拉曼光谱仪专家刘鸿飞博士联合几位拉曼光谱专家成立，公司从一开始，就聚焦于拉曼光谱仪的硬件研制和批量化生产，致力于成为国际领先的拉曼光谱ODM提供商。　　经过了多年的技术攻关、耕耘，奥谱天成已为国内外很多科研单位、企业，提供了拉曼光谱仪整机或模块，奥谱天成的拉曼光谱仪性能一流、品种齐全，已成为拉曼光谱领域享有盛名的一站式解决方案提供商。　　奥谱天成可以提供785、532、1064、830、473nm等各种激发波长的拉曼光谱仪，形成了微型拉曼、便携式拉曼、显微拉曼等全系列的拉曼光谱仪产品，产品系列涵盖了低成本、高性价比、高性能以及各种常见波数范围的拉曼光谱仪，可以说，拉曼光谱仪已成为奥谱天成的拳头产品，是奥谱天成的镇山之宝。图 1 奥谱天成的拉曼光谱仪产品全集　　奥谱天成除了提供拉曼光谱仪硬件，也提供软件定制和算法开发服务，公司还提供食品安全、毒品、化学、化工等领域的整体应用方案。　　仪器信息网：请回顾贵公司拉曼光谱仪的研发及技术进展历史，贵公司在拉曼光谱仪器方面有哪些优势/专利技术?　　奥谱天成：公司联合创新人，刘鸿飞博士，是国内最早从事小型拉曼光谱仪研制的专家之一，从2003年进入中科院攻读博士学位开始，刘鸿飞博士就醉心于拉曼光谱仪的研制工作，迄今，研制了第4代拉曼光谱仪。图 2 公司创始人刘鸿飞博士的拉曼人生路　　刘鸿飞博士也是国家科学仪器重大专项“等离激元增强拉曼光谱仪器研发与应用”(项目号：2011YQ030124，总经费：8525万)的子课题负责人，负责项目中各类拉曼光谱仪的研制工作。　　刘鸿飞博士还参与制定了《福建省便携式拉曼光谱仪标准》、《国家拉曼光谱仪标准》。　　经历了多年的产品研发和改进，奥谱天成在CCD信号处理、CCD制冷技术、高效光学集成技术等领域，形成了一系列的独有技术，公司在灵敏度、信噪比以及可靠性等多个方面，处于行业领先地位。　　特别是2015年后，公司在拉曼光谱仪产品线，投入巨大人力财力物力，在小型化、低功耗、嵌入式操作系统等方面的研究，取得了长足的进步，先后为客户定制了一系列便携式、手持式拉曼光谱仪。特别在谱图识别算法方面，取得了重大突破，奥谱天成(厦门)科技有限公司的谱图识别算法，识别准确率高，经过数百次的应用验证，虚警率、漏警率低于3.2%。　　仪器信息网：贵公司当前拉曼光谱仪的主流产品和主流技术?有什么样的产品发展计划?　　奥谱天成：奥谱天成(厦门)科技有限公司有着众多的便携式、手持式拉曼光谱仪，有低成本便携式的ATR1000系列，有高性价比的ATR2000、ATR2100、ATR6000、ATR6100，有高灵敏度的ATR6300、ATR6800、ATR3000、ATR3010等 还有ATR8000、ATR8300、ATR8700等显微拉曼光谱仪。目前公司，在低噪声CCD信号处理电路、高可靠性、低功耗、传感器制冷、散热等方面，均有着自己独特的技术和工艺手段。图 3 奥谱天成生产的ATR3010型便携式高灵敏度拉曼光谱仪　　图 4 奥谱天成公司生产的ATR6100型微型拉曼光谱仪，仪器具有极小的体积、极轻的重量(0.85kg)和极佳的信噪比。ATR6100运行Android 4.4操作系统，带WIFI、USB接口，支持云处理和云谱图，同时内置GPS、拍照取证等功能。　　未来的几年里，公司将加大拉曼光谱仪的研发投入，拟引入MEMS分光技术、石墨烯导热技术，进一步致力于拉曼光谱仪的微型化、低功耗、散热、低成本等方面。　　仪器信息网：目前贵公司拉曼光谱仪重点关注的应用领域有哪些?最看好哪个领域?主推的解决方案?　　奥普天成：拉曼光谱仪作为物质的指纹谱，具有无损、快速、前处理简单的检测特征，拉曼光谱能够观测分子的振动-转动能级跃迁，可以提供简单、快速、可重复、且无损伤的定性定量物质分析。通过分析拉曼光谱峰的位置，可以判断物质的组成 通过分析拉曼光谱峰的信号强度，则可以得到受激发的物质总量。另外，拉曼光谱仪简单易用，无需特别的样品准备，可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英和光纤对样品进行测量分析。　　拉曼光谱仪目前主要应用在食品安全、环保、毒品、化学品、生物医学、珠宝钻石、文物、制药等方面的应用，由于拉曼光谱仪在定性测量方面的优势，拉曼光谱在毒品、化学品、珠宝钻石、制药方面的应用，有着无可比拟的优势，另外，食品安全问题是中国人们关注的热点问题，拉曼光谱在食品安全快检方面也有一些独特的优势。奥谱天成(厦门)科技有限公司，也将在这些领域内持续发力。　　奥谱天成(厦门)科技有限公司在ATR6100的基础上，结合公司特有的拉曼谱图识别处理算法，进行了毒品、化学品、制药等方面的应用研究。　　仪器信息网：从整个行业来分析，目前拉曼光谱仪都有哪些先进的技术值得大家期待?同时有哪些问题亟待解决?未来拉曼光谱仪的技术发展趋势?　　奥普天成：目前，拉曼光谱仪推广的难度，在于成本过高、体积过大，信号弱也是拉曼应用推广的不利因素，再加上应用方法上还比较少。　　但是拉曼信号非常微弱，人们发展多种拉曼增强技术，如等离激元拉曼表面增强方法、针尖增强，取得了5-8个数量级的增强。但是，由于其单分子增强作用特性，一般多用于液体、固体样品的增强。　　拉曼光谱仪的成本过高，主要在于激光器、各种滤光片以及核心芯片，基本是来自进口，价格降不下来。国内有些企业，也在尝试着做，但是性能还不够稳定，达不到批量化生产的要求。　　针对拉曼信号较弱的情况，一般采用表面增强SERS技术或光学增强：　　1)表面增强SERS技术，表面增强纳米粒子容易结团，不耐保存，所以比较难以推广，厦门大学田中群院士项目组研制的SHINERS增强粒子，在纳米金颗粒的外围，包裹着一层均匀的硅层，保护金纳米粒子，使得保质期可以达到1年以上。图 5 厦门大学田中群院士主持研制的SHINERS拉曼增强粒子图 6 厦门大学任斌教授项目组研制的针尖增强技术(TERS)　　2)光学增强技术　　光学增强技术，一般采用增大激光功率、增大数值孔径等方法，但是这两种方法，均有一定的局限性，不可能无限制地增大，且增强效果有限。奥谱天成提出的离轴衰荡积分腔拉曼增强技术，采用离轴衰荡技术，使激发光在积分腔里来回反射上千次，从而大大地提高了激发功率，同时采用球形反应腔技术，可以尽可能多地收到拉曼信号。图 7奥谱天成正在开发的离轴衰荡腔增强拉曼光谱仪　　多个拉曼信号接收探头，意味着多股拉曼信号光纤，如果普通排列，要么降低分辨率，要么降低拉曼信号强度。奥谱天成采用采用多股光纤线性排列，通过狭缝，提高拉曼光谱信号的传输效率，从而增强信噪比。　　图 8拉曼散射光由多模光纤中，经狭缝，进入到光谱仪中。(a) 传统的200μ m光纤透过狭缝的通光(40倍显微镜下拍摄) (b) 多股光纤的线阵排列，经过狭缝进入光谱仪，可以有效增加拉曼信号的通过量。　　针对拉曼光谱仪体积过大的问题，目前主要的解决方案，基本都是用MEMS技术，在保证分辨率的同时，降低分光模块的体积。其中现有比较成熟的技术有：　　1)基于MEMS技术的光栅与可动F-P腔集成　　光栅和F-P腔都是常用的分光元件，是被大多数光谱仪成品所采用的成熟方案。本方案拟利用MEMS技术将光栅与可动F-P腔集成，制成新的光调制器进行色散分光，利用它们各自的优势，在保证大自由光谱范围的同时，获得高的光谱分辨率。光栅和可动F-P集成的光调制器的光谱分光光路示意图如下所示。　　利用光栅和可动F-P腔集成的光调制器，可将两种色散分光原理在一块芯片上实现，完成单片集成，可大大提高这二者光路的对准精度，提高加工效率。具体的芯片设计与集成方案如下图所示。　　2)基于MEMS技术的傅里叶变换光谱技术　　常规的傅里叶变换光谱仪体积大、价格昂贵、不便于携带，基于MEMS技术的FT光谱仪可解决这样的问题。FT光谱仪的基本部件就是一个Michelson干涉仪，其中的一个反射镜可高精度地线性移动，由此产生的光干涉信号经过傅里叶变换后即可得到光谱。FT光谱仪微型化的关键就在于减小该可动反射镜及其控制组件的尺寸，MEMS微镜已被应用到FT光谱仪的微型化，但现有的MEMS微镜的线性位移在50微米以内，如果想要达到200微米的线性位移，就需要真空封装和上百伏的驱动电压，不利于降低加工和使用成本。无锡微奥公司提出了一种新的基于MEMS的FT光谱仪设计，其结构示意图如下所示，所用MEMS微镜采用电热式双金属梁驱动，可在小于10伏驱动电压下，达到超过500微米的线性位移，并且无需真空封装。图 9基于热驱动光学微镜的付立叶变换光谱仪　　3)基于AWG技术的光谱分光技术　　在波分解复用器技术的发展初期，和光谱仪一样，有棱镜型、光栅型、干涉仪型，滤波器型等类型，但随着对于性能和成本的要求不断提高，目前波分解复用器主要采用基于阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating, AWG)的无源芯片，阵列波导光栅的结构如下图所示，它的工作原理与光栅相同，在两个平板波导(S1，S2)之间制作波导阵列，阵列中相邻光波导长度的阶梯变化产生了光程差，具有不同光程差的光信号在平板波导S2 中发生衍射，使不同波长的光分开进入N根输出波导中，实现了分光功能。图 10基于阵列波导光栅的MEMS色散模块　　在微型MEMS拉曼光谱仪领域，国内外起步时间接近，仪器设计理念与大型仪器设备不同，微型化拉曼光谱仪由于体积小带来的信号弱的不足，可以通过辅以独创的高活性的SHINERS基底，使微型拉曼光谱仪达到大型或台式仪器的灵敏度。国内外这方面的研究较少，有利于抢先占领技术高地，及时掌握关键技术，形成专利等自主知识产权形式，提高我国现代科学仪器设备产业的核心竞争力，对国家的科技进步和制造业强国地位的巩固都具有重要的意义。　　仪器信息网：预测未来拉曼光谱仪的市场发展潜力(包括应用方向、方法标准、政策法规等)?　　奥谱天成：经过多年的培育，尤其是厦门大学田中群院士主持的国家重大科学仪器专项项目，对拉曼光谱仪的研制和应用得到了市场和客户的认可，拉曼光谱仪也从原来进口的大型桌面型企业为主，走向了便携、手持式等小型拉曼为主。据初步估算，2016年全年，拉曼光谱仪在全国总共销出了超过3000台，总销售额超过60亿人民币。　　随着市场对拉曼光谱方法的接受，拉曼光谱仪的各种标准也在加紧制定中，福建省在2016年初发布了福建计量院主持制定的《便携式拉曼光谱快速检测仪》(DB35/T 1564-2016)，在国内率先推出了便携式拉曼光谱仪的地方标准 国家质量监督检验检疫总局在2015年发布的《拉曼光谱仪校准规范》(JJF 1544-2015)，为拉曼光谱仪的校准提供了规范准则。《便携式拉曼光谱仪》全国标准，也正在紧锣密鼓地推进中。　　随着这些标准、规范的制定和发布，必将进一步地推动拉曼光谱仪的发展和应用。未来的几年，是拉曼光谱技术发展和应用的腾飞之年，拉曼光谱将以其自身快速无损的独特优势，服务于人民生活、安全。（内容来源：奥谱天成）

这两年，拉曼光谱仪一直吸引着业内人士的眼球，各大仪器厂商不断在新产品、新技术、新应用等方面推陈出新，精心布局，不仅如此，新迈入此领域的仪器厂商也层出不穷，可谓热闹非凡。　　拉曼光谱如此的蓬勃发展给广大用户提供了更多可选择的空间，那么，当前有哪些主流企业/主流产品?有哪些最新的技术/应用?哪款仪器更适合用户自己的研究工作?　　仪器信息网：贵公司拉曼光谱仪的定位?　　南京简智：南京简智是一家专业的拉曼仪器制造商和拉曼快检解决方案提供商，拉曼光谱产品是公司的核心产品线。简智拉曼产品定位于快速检测领域，为用户提供便携、快速、智能的检测产品。　　对于简智而言，拉曼检测产品不仅仅只是一台“光谱仪”，而是包含了：高性能光谱设备、灵活丰富的附件、优秀的人机交互软件、针对行业的多维谱图库和智能解谱识别算法、以及后端的云平台大数据支撑的一整套行业应用解决方案。同时，借助强大的研发实力，简智除了为客户提供产品，还提供一系列的检测研究服务。　　仪器信息网：请回顾贵公司拉曼光谱仪的研发及技术进展历史，贵公司在拉曼光谱仪器方面有哪些优势/专利技术?　　南京简智：南京简智仪器设备有限公司成立于2014年，是中科院上海光学精密机械研究所在激光检测领域的产业化公司，其核心团队主要来自上海光机所和南京大学，在拉曼技术领域有超过10年的持续研究经验。　　早在2006年，公司核心团队就开始研究拉曼技术研究并将其应用于空间探测领域 　　2008年，针对“三聚氰胺毒奶粉”事件，中国检验检疫科学院委托上海光机所研发便携式拉曼光谱原型机及核心组件 　　2009年3月，配合检科院研发的拉曼增强试剂和检测方法，上海光机所的拉曼光谱产品在质检总局科技司组织的三聚氰胺检测比武中获第一名 　　2010年1月，完成第二代拉曼专用激光器及光谱系统的研发，其785nm激光器可以实现0.1nm线宽，350mw连续输出，光谱稳定度小于0.01nm/度，温控精度达到0.01度，光功率稳定度小于2%@6h，是当时市面上最优质的便携式拉曼激光器，相关技术已获得三项发明专利 　　2012年6月，中国科学院上海光学精密机械研究所与南京经济技术开发区管委会签订合作协议，共同建设中科院上海光机所南京先进激光技术研究院。南京院作为上光所唯一的产业化基地，以“科技创新、产业报国”为己任，致力于科研成果产业化 　　2014年10月，实现“自由空间光路”系统研发，实现完全无光纤耦合的拉曼整机设计，大幅提高了整机性能 　　2014年4月，公司第二代便携式拉曼光谱仪获得华东计量中心检测认证 　　2014年10月，南京简智仪器设备有限公司成立，并入住南京先进激光研究院新大楼。借助前期的研究经验，迅速实现拉曼光谱产品产品化，并建成覆盖核心元器件、拉曼光谱产品、集成化拉曼模块等多条产品线 　　2015年1月，简智与北京高等珠宝研修学院达成战略合作，致力于建立目前国内最全的珠宝玉石拉曼谱图库 　　2015年6月，简智SSR-200便携式拉曼光谱仪问世，SSR-200是目前市面上最接近研究级的便携式拉曼光谱仪，拥有最宽的光谱范围和最优质的激光光源，广泛应用于各类高校及研究院所 　　2015年10月，简智自主研发的SSN系列拉曼表面增强试剂问世，并申请发明专利 　　2016年3月，简智SSR-3000系列一体式拉曼检测仪实现量产，专门针对各类现场检测应用 　　2016年5月，简智第四代激光器完成10000小时MTBF可靠性试验，可稳定实现小于0.04nm的超窄线宽，和800mw的超高功率连续输出，并使接受数值孔径NA提升至0.35。整体性能达到国际领先水平 　　2016年5月，简智研发的全球首款专门针对钻石检测的GEM CHKR问世，该款检测仪集成了包括拉曼光谱在内的多种光谱技术，实现合成钻石、优化处理钻石的快速检测。印度GoldStar集团随后与简智仪器达成战略合作，成立合资公司致力于GEM CHKR的全球推广 　　2016年8月，超小体积的简智SSR MOUDLE系列集成式拉曼OEM模块问世，为多家行业合作企业提供OEM和ODM服务 　　2016年10月，简智EASY RAMAN手持式拉曼原理样机完成，除了拥有超高的拉曼性能外，还标配4G网络、GPS定位、高清摄像头等多项适合现场执法应用的配置，并采用Android 4.0操作系统。产品将定位于现场检测和执法取证应用，预计2017年3月实现量产。　　目前，南京简智除了拥有多条拉曼整机产品线、核心组件产品线和OEM模块产品线外，还拥有目前国内最全面的应用图谱库，包括超过1000种矿物、3000余种有机化合物、200余种毒品及毒品前体、40多种常见炸药、100多种易燃易爆危险化工品和120种食品违禁添加成分。在交互软件应用上，针对行业需求，提供四种软件交互界面和完全针对应用的智能解谱算法。　　仪器信息网：贵公司当前拉曼光谱仪的主流产品和主流技术?有什么样的产品发展计划?　　南京简智：公司目前主推产品为SSR-100/200及SSR-3000。　　SSR-100/200适用于高校研究院所以及实验室检测分析，小巧可随身携带，产品性能优异，在同类产品(含进口)中具有最宽的光谱范围、最优质的激光光源、最优秀的灵敏度，是一款最接近研究级性能的便携式拉曼光谱仪。　　SSR-3000为新款手提箱式拉曼检测仪，特别适合于现场快速检测分析，适用于安检、缉毒、食品药品监管、市场监察等应用领域。除了具有优异的光谱性能外，此款产品针对户外现场检测场景，研发了防尘、防水、防震、防摔的仪器外壳，同时嵌入式系统实现了一体化操作，可即开即用，随装随走。　　发展计划：　　核心技术上，将针对移频差分、移动扫描技术持续研发，目前已完成相关核心技术的仿真和原理验证。该类技术将解决拉曼技术的短板，能大大拓展拉曼技术的应用范围。　　核心组件上，坚持底层研发路线，自主研发所有核心组件，包括窄线宽单频激光器、自由光路系统、光纤光路系统、微型光谱仪等。同时在现有技术基础上着力于两条组件研发路线，分别追求极致的性能和极致的性价比。前者要求在现有技术基础上，实现更窄的线宽输出、更宽的光谱范围、更高的信噪比和分辨率等 后者则要求针对应用需求，选择最合适的性能配置，为客户提供最佳的性价比。　　产品应用方面，这是拉曼产品真正与市场对接的环节，需要挑选几个行业重点突破，一方面要根据应用场景设计更适合的设备配置和外形，另一方面要针对检测项目研发更准确的识别算法和检测方法。得益于十年技术的积累，简智在宝玉石鉴定、食品安全、公共安全领域已有了成熟的解决方案，未来将在这些方向上持续深入，并研究与其他技术的联用。目前简智推出的GEM CHKR钻石检测仪就是一种成功的尝试，将包括拉曼在内的四种光谱技术集成到一台便携式主机中。未来在食品安全、公共安全领域也有相应的产品开发计划。　　拉曼增强也是一个重要的研究方向，简智目前已组建专门的团队并已成功开发了自主知识产权的增强试剂产品，明年会开发SERS增强芯片。　　仪器信息网：目前贵公司拉曼光谱仪重点关注的应用领域有哪些?最看好哪个领域?主推的解决方案?　　南京简智：公司目前重点关注食品安全、公安刑侦、珠宝玉石及文物应用领域，其中食品安全及毒品爆炸物检测应用是公司最为关注也是大力发展的应用领域，其中主推的解决方案为以下两个：　　食品安全检测领域应用——蔬果中农药残留现场快速检测解决方案　　简智危险爆炸物识别分析解决方案　　仪器信息网：从整个行业来分析，目前拉曼光谱仪都有哪些先进的技术值得大家期待?同时有哪些问题亟待解决?未来拉曼光谱仪的技术发展趋势?　　南京简智：首先我们说一下我们认为的未来拉曼光谱的发展趋势，必然是向小型化、智能化、和低成本方向发展。因为拉曼技术虽然在研究领域有一些独特的应用，但从整个市场来看，增量市场最大的将是现场快速检测领域。拉曼技术在现场无损快速检测中的诸多特点是非常突出且很难被其他技术所替代的。并且随着近年来各行业检测需求的大幅增长，快速检测一定是未来的趋势，“快检”、“快筛”、“实验室前置”的概念已经深入很多行业，制药行业已有普及拉曼之势，食品安全、公共安全、材料检测领域的拉曼应用也在急速增长。　　在这种趋势下，对产品的要求就很明确了，首先产品必须体积小，方便携带，即开即用、随装随走 第二，必须智能，能够智能解谱、智能判定，用户获得的不是一张光谱图，而是一个全面完整的判定结果 第三，拉曼光谱设备相比与现有的快速检测设备而言价格还是偏高的，但一方面随着使用量的增加成本必然会下降，另一方面，未来拉曼产品也会向着专用化方向发展，为了满足某一类特定需求裁剪性能，降低整机成本。　　基于以上的趋势分析，我们认为拉曼主要的问题集中在便携式现场应用方面，最具潜力的技术包括：　　1. 荧光消除技术。目前很多物质无法直接使用拉曼测量，因为荧光影响太大。单从理论上说，降低荧光影响的技术有多种，例如：改变激发波长、移频差分、共振拉曼、傅里叶拉曼等等，但每种方法在实际应用中，特别是在便携式现场检测应用中，都有很大的局限性。　　2. 拉曼增强技术。由于现在对拉曼增强的机理还没有准确的理论支撑，导致相关产品开发和方法开发缺乏理论指导。目前市面上很多拉曼增强产品在针对特定检测项目时，其实并不是最高效的。但这方面主要是因为理论滞后，只能用大量实验去弥补，导致增强产品开发严重滞后且成本较高，严重影响了拉曼技术在某些应用领域的发展。　　3. 设备小型化技术。未来的拉曼产品如果可以实现低成本和小型化，完全可能走入民用领域。如果能做到，未来的拉曼光谱仪很可能会像验钞机、公平秤那样普及到社会的各个角落。　　国产与进口产品的差别　　不可否认，进口产品在品牌上拥有巨大优势，在很多人的认知中，“进口”一词就代表了质量、性能、服务。但在实际上，这些差距正在逐步缩小。当然，目前进口拉曼产品多来自老牌的光谱仪和分析仪器厂家，如赛默飞、布鲁克、Horiba、BWTEK、岛津、海洋光学，在技术、产品质量、研究能力等方面的综合实力仍然是国内企业需要追赶的。　　零部件方面，便携式拉曼核心组件主要包括激光器、光路系统和光谱仪。　　光谱仪上国外厂家任然占据统治优势，特别是很多国外厂家本身就是老牌的光谱仪厂家，在生产工艺和质量控制方面有多年的积累。从专用化方面看，未来拉曼产品一定是针对特定应用的，因此光谱仪性能的定制化和裁剪，也使自身就能生产光谱仪的国外厂家拥有了一定的天然优势。一些国外厂家为保护自身拉曼产品线，对其使用的专用光谱仪并不出售，国内企业往往只能购买到通用的近红外波段光谱仪。简智也在自主研发拉曼专用光谱仪，目前已经完成中试，明年可以实现量产。　　光路系统国内国外可以说不分伯仲，本身原理并不复杂，主要核心优势在于生产工艺和品质保障。目前国内也完全具备批量生产制造的技术能力。简智拥有完善的光路系统研发、调试和生产的设备及工艺技术。从定制角度，国内企业在光路系统定制上反而具有一定的优势，在很多拉曼应用中需要使用特殊的光路系统，如长焦探头，可变光斑，显微共焦等订制需求，国内企业反而可以更快的响应。　　激光器作为拉曼激发光源，对谱图质量的影响非常大，0.2nm线宽的光源会在1000cm-1上造成2~3cm-1的模糊，如果没有一个纯净稳定的光源，无论光谱和光路系统多优秀，整体性能仍然是低下的，可以说，对于目前很多拉曼产品，光源的性能已经成为了制约整机性能的瓶颈。而很多国外的老牌光谱仪或分析仪器厂家，本身并不研发生产激光器，其所用的半导体激光器多用于激光测距和激光通信领域，不完全符合拉曼光源的要求。而国内在半导体激光器技术方面，已经具备国际先进水平。南京简智依托作为国内激光第一大所的上海光机所的研发实力，拥有目前便携式拉曼产品中最优质的激光光源。明年即将推出的最新一代785nm半导体激光器，可以实现800mw，小于0.02nm线宽的稳定输出，光谱稳定度小于0.01nm/度，温控精度达到0.01度，光功率稳定度小于2%@6h，并使接受数值孔径NA提升至0.35。简智新一代激光器已通过10000小时MTBF可靠性试验验证，未来将成为简智产品的核心优势之一。　　系统和应用方面，国内企业拥有天然优势。包括软件订制、谱图采集、算法调整、附件订制等，国外企业无法做到灵活订制，而目前拉曼应用刚刚开始起步，通用类产品明显不能很好的符合各种新需求、新应用，例如我们的一些客户需要在软件中加入特殊功能，或者提供样品需要我们建立算法模型，这类的需求在国外企业由于研发团队不在国内，往往不能及时得到满足，而国内企业则可以在很短的时间里进行设计和验证。　　仪器信息网：预测未来拉曼光谱仪的市场发展潜力(包括应用方向、方法标准、政策法规等)?　　南京简智：目前拉曼光谱仪的市场规模还不大，除了研究领域外，主要是在一些政府检测部门，包括公安、食药、海关、检验检疫、质检等。但目前与拉曼光谱相关的标准非常缺失，国内目前还没有拉曼光谱仪的国标，行标也只针对某些特殊应用，不能很好的覆盖目前的市场需求。　　标准方面，由于国内目前正大力推广团体标准，因此这也是一个很好的机会，传统的国标行标周期长，从申报到立项再到发布实施往往要两三年的时间，而拉曼技术正处于应用爆发期，拉曼企业可以考虑形成联盟并制订团体标准。简智仪器在去年起草了首个SCIS标准，并于今年发布实施，后续还有一系列的标准制订计划。　　政策法规方面，新版GMP和卫生部79号令，以及2015年下半年公布的新《食品安全法》和新《反恐法》都对拉曼应用起到了很大的推动作用，而且从“快检”、“快筛”的角度，一定程度上可以避免拉曼没有标准无法出检测报告的尴尬，专注于快速筛查应用，快速扩大市场应用面。　　我们相信未来随着标准的完善、设备性能的提升、应用方法的丰富，拉曼技术的潜力十分巨大，简智目前专注于拉曼技术以及拉曼应用解决方案，致力于中国拉曼仪器产业走向世界。（内容来源：南京简智）

日前，中国科学院重庆绿色智能技术研究院智能装备与仪器仪表研究中心成功研制出了光谱分辨率可达10 cm-1的小型拉曼光谱仪样机，样机通过了可靠性测试，可应用在工农业生产、食品安全和生物医药等领域的现场监测和样品快速检测。该研究得到了重庆市科技攻关(重大)计划项目的支持。 　　拉曼光谱是基于光与物质互相作用发出的带有物质特征信息的散射光谱。它具有非接触性、非破坏性、实时原位和样品用量极少等特点，可快速、准确地分析和鉴别物质(或分子)种类。拉曼光谱应用广泛，具有&ldquo 以光之名，把握万物之准&rdquo 的美誉。而小型拉曼光谱仪技术研究和应用开发，可为工农业生产、食品安全、生物医药、环境保护、公共安全等领域提供现场监测和快速检测，对提升人民生活质量和保障社会安全方面意义重大。 　　针对便携式拉曼光谱仪的小型化、高分辨和高灵敏度探测等需求，研究人员在新型消彗差交叉C-T光栅光谱仪的光学设计中，充分考虑消彗差条件，采用12度非对称C-T光路，在解决同心及非同心系统的像差问题的同时，保证了长波段的光通量，光谱仪的理论分辨率达到9 cm-1 在电学设计中，针对所用CCD型号研制了一种高增益、低噪声的信号处理电路。最后，通过选用光学探头与光栅光谱仪的匹配设计，便携式拉曼光谱仪的实际光谱分辨率可达10 cm-1。 　　目前，重庆研究院已完成多种外形尺寸的便携式和手持式拉曼光谱仪原理样机的研制。这些样机对若干样品的测试结果与标准库数据一致，从原理和技术上证实了小型拉曼光谱仪设计的合理性和使用的可靠性，下一步，团队研究重点将放在体积更小、性能更优的微型拉曼光谱仪上，并开展小型拉曼光谱仪的工程化和产业化应用。