拉曼光譜作為物質(zhì)的“指紋譜”，在物質(zhì)定性分析應(yīng)用方面，有著其獨(dú)特的魅力：準(zhǔn)確、快速、無(wú)損、非接觸。在公共安全、食品安全等領(lǐng)域成功應(yīng)用的引領(lǐng)下，拉曼光譜產(chǎn)業(yè)在近年來(lái)持續(xù)爆發(fā)，拉曼光譜已經(jīng)成為分子光譜中發(fā)展最快的儀器類別了。從體積來(lái)說(shuō)，拉曼光譜分為臺(tái)式、便攜式、微型（手持式）：

　　臺(tái)式激光共聚焦拉曼光譜儀：具有非常優(yōu)越的儀器性能，主要用于科研領(lǐng)域，目前主要由renishaw、Horiba、Thermo Fisher等國(guó)外公司提供。國(guó)內(nèi)企業(yè)方面，卓立漢光利用自己在光譜分析儀的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)的共聚焦拉曼光譜儀，在高校受到好評(píng)；天津港東在中國(guó)科學(xué)院物理研究所劉玉龍教授的幫助下，也推出了自己的激光共聚焦拉曼光譜儀。

　　便攜式拉曼光譜儀：主要表現(xiàn)為其較強(qiáng)的性能和優(yōu)秀的移動(dòng)性，主要用于公共安全、食品安全、制藥、珠寶鑒定等領(lǐng)域，其重量通常小于10公斤。雖然進(jìn)口便攜式拉曼也占有一席之地，但是存在價(jià)格高、售后服務(wù)慢等問(wèn)題。目前，便攜式拉曼光譜儀，主要還是國(guó)內(nèi)企業(yè)占主流，例如食品安全行業(yè)的歐譜圖斯，公共安全行業(yè)的同方威視等等，多年持續(xù)在各自的應(yīng)用領(lǐng)域中深耕，在產(chǎn)品性能、質(zhì)量方面，都具有行業(yè)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。

　　手持式拉曼光譜儀：由于其較小的體積，在分辨率方面，會(huì)有所限制，但是實(shí)際上，在拉曼光譜物質(zhì)識(shí)別方面，分辨率往往并不是決定因素。而手持式拉曼光譜儀的靈敏度，則不受體積影響，可以達(dá)到便攜式拉曼光譜儀的水準(zhǔn)，例如，奧譜天成公司生產(chǎn)的ATR6200型超薄型手持式拉曼光譜儀，在測(cè)量Si時(shí)，可以達(dá)到35counts/mW?s的靈敏度水平，結(jié)合SERS納米粒子增強(qiáng)技術(shù)，可以檢測(cè)出10 ppb的孔雀石綠，其靈敏度可以媲美大部分便攜式拉曼光譜儀。

　　1. 國(guó)產(chǎn)拉曼光譜儀發(fā)展現(xiàn)狀

　　拉曼光譜儀，看起來(lái)很小、很簡(jiǎn)單，卻是一個(gè)比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，從其應(yīng)用流程來(lái)說(shuō)，分為儀器硬件、軟件與譜圖識(shí)別算法、SERS納米增強(qiáng)粒子、譜圖庫(kù)（含SERS譜圖庫(kù)），目前，各部分都有非常專業(yè)的公司，在兢兢業(yè)業(yè)地從事相關(guān)的工作。

　?。?） 儀器硬件方面，儀器硬件是拉曼光譜儀的最基礎(chǔ)平臺(tái)，主要由光學(xué)、機(jī)械、電子、嵌入式軟件等方面組成，主要性能體現(xiàn)為靈敏度、信噪比、波數(shù)范圍、分辨率、重復(fù)性、穩(wěn)定性等指標(biāo)。堅(jiān)持在拉曼光譜硬件研發(fā)創(chuàng)新的公司主要有奧譜天成、同方威視、華泰諾安、上海屹譜等，其中奧譜天成在低噪聲CCD信號(hào)處理電路、高可靠性光路、光譜制冷技術(shù)等都有著獨(dú)特的研究，奧譜天成的高靈敏度拉曼光譜平臺(tái)：ATR3010、ATR3100、ATR8100、ATR8200、ATR8300等，其內(nèi)部采用具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)品的超低噪聲相關(guān)雙采樣技術(shù)，并采用高速18bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，采樣噪聲達(dá)到3counts，達(dá)到世界一流水平。奧譜天成還推出了超薄型高性能手持式拉曼儀ATR6200，在極其狹小的空間里，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CCD的低溫制冷，經(jīng)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中科院、廈門大學(xué)等多個(gè)單位測(cè)試，在信號(hào)靈敏度、噪聲控制方面，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，儀器尺寸僅僅16X10X4.3 cm。

　?。?）納米增強(qiáng)粒子方面，從事納米增強(qiáng)粒子研制的，有多個(gè)高校的研究團(tuán)隊(duì)，例如廈門大學(xué)田中群院士團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院、華中科技大學(xué)朱麗華教授團(tuán)隊(duì)、吉林大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)質(zhì)檢院等20多家高校、研究所團(tuán)隊(duì)，都取得了非常明顯的效果。廈門大學(xué)田中群院士團(tuán)隊(duì)在2009年發(fā)明的SHINERS粒子，創(chuàng)造性地在金、銀納米粒子外圍包括了一層高穩(wěn)定性的SiO2薄層，從而解決了納米增強(qiáng)粒子容易結(jié)團(tuán)、氧化等問(wèn)題，使納米增強(qiáng)試劑的保質(zhì)期可以達(dá)到6個(gè)月以上。公司有廈門普識(shí)納米、蘇州歐普?qǐng)D斯等公司，在納米增強(qiáng)粒子的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面，都有著長(zhǎng)期的耕耘和實(shí)踐;

　　（3） 軟件與譜圖識(shí)別算法，每個(gè)拉曼應(yīng)用公司，基本上都有自己的軟件與譜圖識(shí)別算法，具體識(shí)別與比對(duì)算法的準(zhǔn)確度，則各不相同。相對(duì)來(lái)說(shuō)，Thermo Fisher的譜圖識(shí)別算法，應(yīng)該是目前最好的。

　?。?）拉曼譜圖庫(kù)，國(guó)際有多家公司出售譜圖庫(kù)，但是國(guó)內(nèi)似乎還沒(méi)有譜圖庫(kù)的出售，基本上都是拉曼應(yīng)用公司自建譜圖庫(kù)，例如同方威視、華泰諾安等在毒品、爆炸物的譜圖庫(kù)建設(shè)，歐普?qǐng)D斯、普識(shí)納米、廈門藤蔓生物等，在農(nóng)藥殘留的SERS譜圖庫(kù)，都比較全面。

　　2. 國(guó)內(nèi)拉曼產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　拉曼技術(shù)已經(jīng)得到大量的應(yīng)用，在公安、海關(guān)、出入境、食品藥品等領(lǐng)域，得到了相關(guān)部門的普遍認(rèn)可。近5年來(lái)，尤其如此，從每年的不到千臺(tái)，到現(xiàn)在的每年上萬(wàn)臺(tái)的量，尤其是海關(guān)2016年300臺(tái)、2017年425臺(tái)的集中采購(gòu)，更是極大地催熟了拉曼技術(shù)快速走向普及。由于臺(tái)式拉曼，主要應(yīng)用于科研市場(chǎng)，主要被進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)，單價(jià)非常高，總體臺(tái)數(shù)不算太多，每年300-500臺(tái)的量，但是耗費(fèi)的采購(gòu)金額非常巨大。數(shù)量上，便攜式拉曼、手持式拉曼，有一批國(guó)產(chǎn)儀器廠商聚焦于拉曼技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使得國(guó)內(nèi)外能夠同步發(fā)展，國(guó)產(chǎn)儀器今年來(lái)，產(chǎn)品性能、質(zhì)量、外觀等方面，均得到了全面提升，比進(jìn)口產(chǎn)品差距不大，性價(jià)比很高，目前市場(chǎng)采購(gòu)主流，也都偏向于采購(gòu)國(guó)產(chǎn)儀器。

　　相對(duì)分光光度計(jì)、原子熒光、紅外光譜等光譜技術(shù)的成功來(lái)說(shuō)，拉曼光譜剛剛脫離嗷嗷待哺的階段，還只是個(gè)“寶寶”，遠(yuǎn)未成熟，這個(gè)階段更加需要拉曼人不忘初心、方得始終，一起維護(hù)好、培育好這個(gè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

　　國(guó)產(chǎn)拉曼光譜儀器，目前最主要的問(wèn)題，還是共同培育好拉曼市場(chǎng)，堅(jiān)決抵制一些損害行業(yè)的行為，國(guó)內(nèi)有些企業(yè)，通過(guò)價(jià)格戰(zhàn)、扣黑帽、詆毀同行、虛假?gòu)V告、把不成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)等不良行為，造成了檢測(cè)不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定、難用的現(xiàn)象，讓社會(huì)對(duì)拉曼技術(shù)不放心、有心理陰影，對(duì)拉曼市場(chǎng)造成的傷害不可估量。拉曼光譜行業(yè)的健康發(fā)展，需要全行業(yè)從事人員，共同努力、堅(jiān)持初心、維持創(chuàng)新、方得始終。

　　為了維護(hù)好拉曼光譜技術(shù)的健康發(fā)展，在行業(yè)專家的大力推動(dòng)下，拉曼光譜儀的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在快速推動(dòng)中，《拉曼光譜儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》經(jīng)過(guò)了4輪的審定會(huì)議后，終審會(huì)議在2017年10月在西安召開(kāi)，意味著拉曼光譜儀的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)入最后沖刺階段，我們國(guó)家很快將有自己的拉曼光譜儀標(biāo)準(zhǔn)；福建省《便攜式拉曼光譜儀》標(biāo)準(zhǔn)在福建計(jì)量院、廈門大學(xué)、廈門市普識(shí)納米為起草單位、奧譜天成等單位為專家評(píng)審單位，已于2016年3月份正式發(fā)布。這些標(biāo)準(zhǔn)的逐步實(shí)施，非常有利于維護(hù)好拉曼光譜儀技術(shù)的健康發(fā)展。奧譜天成有幸受邀參與《拉曼光譜儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、《福建省便攜式拉曼光譜儀》的起草和審定工作，為拉曼光譜技術(shù)的推廣貢獻(xiàn)一臂之力。

　　3. 奧譜天成拉曼產(chǎn)品及技術(shù)

　　奧譜天成公司的創(chuàng)始人劉鴻飛博士，在國(guó)內(nèi)較早地開(kāi)展小型拉曼光譜儀的研制，且長(zhǎng)期聚焦于拉曼儀器技術(shù)的開(kāi)發(fā)，至今已有10余年，在光學(xué)、CCD信號(hào)處理、算法等方面，有著較深的理解，擁有發(fā)明專利10余項(xiàng)。奧譜天成，投入巨大的人力物力，專注于拉曼光譜儀的研發(fā)和生產(chǎn)，從最底層的光學(xué)元器件，到中層的光路、電路設(shè)計(jì)、到軟件編寫、系統(tǒng)集成、應(yīng)用開(kāi)發(fā)，都是自主開(kāi)發(fā)，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的垂直整合，具有最大的持續(xù)性、靈活性和可定制性。

　　在多年的持續(xù)研發(fā)沉淀下，奧譜天成取得了比較多的特有技術(shù)：

　?。?）無(wú)漂移的拉曼光譜：拉曼光譜儀的激光器、分光光譜儀等光學(xué)部件及平臺(tái)，隨著環(huán)境溫度的變化，會(huì)發(fā)生熱脹冷縮而導(dǎo)致變形，繼而引起拉曼光譜的漂移，非常不利于拉曼譜圖的識(shí)別。奧譜天成在熱穩(wěn)定性持續(xù)努力，對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行有限元分析，不放過(guò)一顆螺絲釘，找出了各個(gè)熱穩(wěn)定性的“元兇”，通過(guò)光學(xué)材料、機(jī)械材料、生產(chǎn)工藝等的一系列改進(jìn)，逐一解決各個(gè)熱穩(wěn)定性的隱患，從而獲得超高穩(wěn)定性的拉曼光譜，在0-40℃的環(huán)境溫度下，拉曼波數(shù)的漂移不超過(guò)1 cm-1，這一性能達(dá)到了國(guó)際一流水平。

　　圖 1 5-40℃環(huán)境溫度下，ATR3100獲得的高熱穩(wěn)定性譜圖，左圖為5-40℃溫度情況下的乙腈拉曼譜圖，右圖中為乙腈的918cm-1拉曼峰，不同顏色的線分別代表環(huán)境溫度為5，10，15，20，25，30，35，40℃下測(cè)得的拉曼信號(hào)，從圖中可以看出，拉曼漂移小于1cm-1。測(cè)量條件：激光功率為200mW，積分時(shí)間2.5s，每個(gè)溫度梯度均放置1小時(shí)后進(jìn)行測(cè)量。

　?。?）高穩(wěn)定性的拉曼光譜：奧譜天成獨(dú)特的傳感器低溫制冷技術(shù)，在不同實(shí)驗(yàn)室氣溫下，傳感器均能維持在-10℃的低溫工作狀態(tài)，結(jié)合專利的高穩(wěn)定激光功率輸出技術(shù)，獲得非常穩(wěn)定的拉曼信號(hào)（不確定度<2%），很適合拉曼的定量研究。

　?。?）瑞利散射消除技術(shù)：瑞利散射消除光學(xué)鼠籠，結(jié)合OD>8的拉曼光學(xué)處理探頭，獲得了低達(dá)150cm-1的拉曼光譜信號(hào)，有利于一些低波數(shù)材料的研究。

　?。?）拉曼信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)：雖然SERS技術(shù)發(fā)展迅猛，日益成熟，增強(qiáng)效果好（達(dá)到百萬(wàn)倍以后），但是也存在重復(fù)性、質(zhì)保期等因素。奧譜天成另辟蹊徑，采用物理、光學(xué)等手段，進(jìn)行拉曼信號(hào)增強(qiáng)，采用離軸衰蕩技術(shù)（專利技術(shù)）、中空光纖，獲得了上百倍的增強(qiáng)效果。物理、光學(xué)的增強(qiáng)技術(shù)，具有重復(fù)性好、無(wú)保質(zhì)期等優(yōu)勢(shì)，如果結(jié)合SERS增強(qiáng)技術(shù)，能進(jìn)一步提升儀器的檢測(cè)限等性能。

　　奧譜天成將上述特有技術(shù)，應(yīng)用在各行業(yè)中，針對(duì)科研領(lǐng)域，奧譜天成推出ATR3100、ATR8100、ATR8200、ATR8300型（顯微）拉曼光譜儀，其中ATR3100具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、成本低等優(yōu)勢(shì)；ATR8200具有自動(dòng)聚集功能，可以較少對(duì)實(shí)驗(yàn)員的依賴，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性；ATR8300具有Mapping功能，可以編程實(shí)現(xiàn)大面積、多樣品的全自動(dòng)掃描拉曼成像；針對(duì)不同樣品需要不同的激發(fā)波長(zhǎng)，特別在一些生物、制藥等領(lǐng)域，既需要532/785nm的快速，又需要1064nm激發(fā)波長(zhǎng)的消熒光功能，奧譜天成推出了ATR3200（532nm+1064nm）、ATR3300（785nm+1064nm）。奧譜天成針對(duì)食藥品、公共安全、工業(yè)檢測(cè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的便攜式拉曼光譜儀（ATR2000、ATR3010）和手持式拉曼光譜儀（ATR6100和ATR6200），具有輕巧、高穩(wěn)定、識(shí)別率高等優(yōu)勢(shì)。奧譜天成在拉曼光譜教學(xué)上的應(yīng)用，推出了入門級(jí)的ATR1200型教學(xué)用拉曼，并設(shè)計(jì)一系列拉曼實(shí)驗(yàn)講義，適合本科、研究生的拉曼教學(xué)應(yīng)用。