科普 | 拉曼测试参数合理选择指南.（上）

拉曼测试技术在材料科学、生物医学、化学分析等众多领域大有作为。它就像一名神奇的侦探，能够深入物质的内部，揭示分子结构和化学键的奥秘，让我们对物质的本质有更深刻的认识。

然而，要想在拉曼测试中获得准确、可靠且具有高分辨率的结果，合理选择测试参数就显得尤为关键。

接下来，让我们一同深入探讨如何合理选择拉曼测试的各项参数。

痛点引入：拉曼测试中的“绊脚石”

在拉曼测试的实际操作中，科研工作者和技术人员常常会遇到各种让人头疼的问题。

比如说，测试结果的信噪比过低，有用的信号就像被淹没在嘈杂的噪音中，难以分辨；荧光干扰严重，就像一层厚厚的迷雾，掩盖了拉曼信号的真面目，让我们无法清晰地观察到目标物质的特征峰；光谱分辨率不足，相邻的峰就像紧紧挨在一起的双胞胎，难以区分，影响了我们对物质结构的精确判断。

而这些问题的根源，往往就在于测试参数的选择不合理。故而，掌握合理选择拉曼测试参数的方法，就成了我们必须跨越的一道坎。

激发波长是拉曼测试中最为关键的参数之一，它直接影响着拉曼信号的强度、荧光干扰的程度以及样品对激光能量的吸收情况。不同的激发波长具有各自独特的优缺点，需要根据样品的特性来进行合理选择。

常见的激发波长包括：

紫外：如244nm、266nm

可见：如457nm、488nm、514nm、532nm、633nm、660nm

近红外：如785nm、830nm、980nm、1064nm

同一样品，不同激光器波长测试效果

同一样品，不同激光器波长测试效果

紫外激发波长具有较高的能量，能够激发样品产生较强的拉曼信号，灵敏度高，并且由于荧光信号和拉曼信号不在一个区域，相隔较远，有利于观察拉曼信号。然而，紫外激发能量过高，容易损伤样品，且紫外激光器体型大，占空间，成本高，技术复杂。

可见光激发波长，以532nm激发波长为例，它在可见光中应用最为广泛，一般多用于二维材料（如石墨烯、过渡金属二硫化物、黑磷等层状二维材料）的测试，可用于判定层数、是否掺杂等；也适用于金属氧化物（如建筑类材料中的氧化铁、氧化铜等无机颜料，发光类材料中的氧化镓等）和半导体材料（如单晶硅、多晶硅、二氧化硅、硫化铅等）的分析，可用于分析此类材料的缺陷、结晶度等。

近红外激发波长能量低，不容易损伤样品，荧光信号弱，大大减小了荧光信号的干扰。但其拉曼信号相对较弱，对于浓度较低的样品不利于观察其拉曼信号，所需曝光时间长，增加了实验时间，光斑大，不利于纳米量级样品的测试。如785nm激发波长在生物、高分子材料等容易产生荧光的样品检测中具有显著优势，同时它对样品造成的光损伤较小，适合用于活体组织、有机分子以及纳米材料等对光较为敏感的样品分析。

光栅在拉曼光谱仪中起着至关重要的作用，它用于将收集的拉曼散射的组成波长分离到CCD相机的不同像素上进行检测。在选择光栅时，需要综合考虑光谱分辨率、光谱范围、闪耀波长和激发波长等因素。

光谱分辨率与光栅的刻线密度密切相关，刻线密度越高，光谱分辨率越好。

例如，1200gr/mm光栅将提供比150gr/mm光栅更高的光谱分辨率。但增加刻线密度会减小光谱范围，光谱仪的光谱范围与光栅的刻线密度成反比。为了在高分辨率和宽光谱范围之间取得平衡，一些拉曼光谱仪的软件具有扩展扫描功能，可在衍射光栅的不同中心波长位置采集一系列光谱，然后将这些光谱自动拼接在一起，以在宽光谱范围内提供单个拉曼光谱，但这种方法会增加采集时间。

闪耀波长表示光栅优化的激发波长，衍射光栅的效率总是与波长有关，最大衍射效率的波长称为闪耀波长。

通常，可见光和近红外激光器可以使用具有相同闪耀波长的光栅，同时保持相似的效率；然而，当使用≤325nm和≥1064nm激发的激光器时，需要不同闪耀波长的光栅来优化光谱仪。例如，当光栅被称为“Blaze 300nm”时，它将针对UV进行优化，而“Blaze 750nm”将针对NIR进行优化。

此外，激发波长也会影响光栅的选择。UV和可见激光器适用于高刻线密度的光栅，NIR激光器适用于低刻线密度的光栅。因为拉曼光谱使用能量相关单位波数（cm⁻¹），表示入射光子的能量偏移，色散拉曼光谱仪的光谱分辨率随着激光激发波长的降低（即从红色到绿色再到蓝色）而降低。因此，当使用785nm激光器时，实现与532nm激光器相同分辨率所需的光栅将需要更少的gr/mm。