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

由于正常拉曼散射產(chǎn)生的信號非常小，研究人員發(fā)現(xiàn)了幾種機制，通過提高拉曼散射的概率來對抗與拉曼光譜相關(guān)的低信號。信號增強可以通過使用兩種理論來實現(xiàn)。第一種是表面增強拉曼光譜(SERS)，它使用金屬表面來放大局部電場，增加拉曼散射的機會，并產(chǎn)生更高的強度輸出。或者，在共振拉曼光譜下進行化學增強，當入射光的頻率接近分子中電子吸收帶的頻率時，會發(fā)生共振拉曼光譜，從而增加拉曼效應的強度。

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，光在離開無限共軛物鏡后被準直。為了幫助這一過程，較長的管長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)以進行化學鑒定。

拉曼光譜也可用于增強傳統(tǒng)的生物醫(yī)學成像。借助拉曼技術(shù)，可以在體外進行成像，以實現(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。這導致了3D成像的空間分辨率的提高。

不斷增長的應用

拉曼光譜可以用于各種應用中。它對那些參與生命科學的人來說非常有用，因為通過這種方法分析的光譜提供了特定分子的準確和獨特的標識符。例如，拉曼光譜通常被用作鑒定藥物的技術(shù)。可以通過塑料瓶進行測量，打開瓶子檢查毒品而不會污染它們。邊境巡邏人員使用手持拉曼光譜設備快速準確地分析未知沒收物質(zhì)的光譜。通過將未知物質(zhì)的光譜與芬太尼等非法藥物的光譜進行比較，官員們可以安全地處理危險物質(zhì)。除了實用性之外，樣品可以在沒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。

便攜式拉曼光譜設備在現(xiàn)場使用時也有助于快速識別標本，例如在法醫(yī)分析或護理點臨床環(huán)境中。這些手持設備在掃描危險樣本時非常有價值，因為它們可以在將材料保存在包裝中的同時確定化學成分。同樣，國防部使用拉曼光譜通過透明容器分析爆炸材料，而不會發(fā)生意外爆炸。當然，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科，如化學，在分子水平上識別結(jié)構(gòu);在材料科學領(lǐng)域，觀察材料的應力和應變;在地質(zhì)學中識別不同的寶石;以及在本領(lǐng)域中識別未知顏料或涂料。

拉曼光譜是一種用于識別未知物質(zhì)的強大技術(shù)。創(chuàng)建拉曼光譜系統(tǒng)時，選擇正確的光學組件至關(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用的要求。從考古學到疾病診斷，這種基于激光的診斷方法對各種不同領(lǐng)域都至關(guān)重要。

審核編輯 黃宇