當(dāng)一束激光穿透透明玻璃杯，照射到杯中液體時，約百萬分之一的光子會與分子發(fā)生“非彈性碰撞”，攜帶分子振動信息的散射光被儀器捕獲——這便是拉曼光譜儀的核心原理。作為分子結(jié)構(gòu)的“光學(xué)指紋識別器”，這項技術(shù)自1928年印度科學(xué)家C.V.拉曼發(fā)現(xiàn)拉曼效應(yīng)以來，已發(fā)展為化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的“標配工具”。
 

　　一、原理揭秘：光子與分子的“能量對話”

　　拉曼光譜儀的核心在于檢測拉曼散射效應(yīng)：當(dāng)激光照射樣品時，絕大多數(shù)光子發(fā)生彈性散射，頻率不變；而約0.0001%的光子與分子振動/轉(zhuǎn)動能級相互作用，發(fā)生能量交換，產(chǎn)生頻率偏移的拉曼散射光。這種偏移量與分子結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，如同化學(xué)鍵的“振動指紋”。例如，碳納米管的G峰對應(yīng)其sp2雜化碳原子的面內(nèi)振動，而D峰則反映缺陷或邊緣結(jié)構(gòu)。

　　二、技術(shù)突破：從實驗室到現(xiàn)場的跨越

　　現(xiàn)代拉曼光譜儀通過三大實現(xiàn)應(yīng)用拓展：

　　1.共焦顯微設(shè)計：采用針孔光闌過濾雜散光，實現(xiàn)1μm級空間分辨率，可分析材料微觀缺陷或細胞內(nèi)成分。

　　2.多波長激發(fā)：通過切換532nm（高靈敏度）、785nm（抗熒光干擾）或1064nm（深穿透）激光，適配不同樣品需求。

　　3.便攜化革命：如掌上設(shè)備，重量輕，內(nèi)置鋰電池，支持現(xiàn)場快速檢測，在海關(guān)篩查中實現(xiàn)3秒出結(jié)果。

　　三、應(yīng)用圖譜：從微觀到宏觀的全場景覆蓋

　　1.材料科學(xué)：石墨烯層數(shù)測定、鋰電池電極材料相變監(jiān)測、高分子材料結(jié)晶度分析。

　　2.生物醫(yī)學(xué)：腫瘤組織邊界識別、藥物多晶型鑒別。

　　3.公共安全：爆炸物檢測、食品添加劑非法添加識別。

　　4.環(huán)境監(jiān)測：水中微塑料分類、大氣顆粒物成分分析。

　　從實驗室的精密分析到野外的快速篩查，拉曼光譜儀正以“無損、快速、精準”的優(yōu)勢重塑物質(zhì)檢測范式。隨著AI算法與拉曼數(shù)據(jù)庫的融合，未來設(shè)備將實現(xiàn)“一鍵識別”數(shù)千種物質(zhì)，為智能制造、精準醫(yī)療等領(lǐng)域注入新動能。