快速、非破坏性分析，显微拉曼光谱仪解锁新应用

更新时间：2026-02-27

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显微拉曼光谱仪是一种集成了光学显微镜与拉曼光谱技术的分析仪器。其核心能力在于，能在微米乃至亚微米的空间尺度上，通过检测物质对单色光的非弹性散射（拉曼散射），获取其分子振动或转动“指纹”光谱。这种将光谱信息与空间位置精确关联的能力，结合其非破坏性与快速分析的特点，正推动着材料科学、生命科学、地质学等众多领域的研究范式拓展与检测能力提升。

一、快速与非破坏性分析的技术特点

这两个特点构成了该技术在许多应用场景中的核心优势。

非破坏性分析：拉曼光谱检测过程通常无需对样品进行特殊制备或处理。激光束聚焦于样品表面，收集的是样品自身发出的散射光信号，通常不会造成样品的物理或化学损伤。这使得对珍贵、脆弱或动态过程中的样品进行原位、活体分析成为可能，样品可在检测后继续用于其他研究。

快速性：随着探测器灵敏度和激光技术的进步，单点光谱采集时间已缩短。结合自动化样品台和快速光谱采集技术，可在短时间内完成大面积区域的逐点扫描，获取空间分辨的化学成分分布图像。部分技术还能实现实时或准实时的光谱监测。

二、显微拉曼光谱仪的工作原理与构成

其功能源于显微镜与光谱仪的深度集成。

基本原理：当一束单色激光聚焦到样品上时，大部分光发生弹性散射，但极小部分光子会与样品分子发生非弹性碰撞，交换能量，导致散射光频率发生改变，即拉曼散射。这种频率位移与样品分子的化学键和振动模式直接相关，形成独特的拉曼光谱。

系统构成：主要包括激光光源、显微镜系统、光谱仪和探测器。激光经显微镜物镜高度聚焦于样品微小区域；拉曼散射光由同一物镜收集，经过滤除强烈的瑞利散射光后，被高分辨率光谱仪色散并由高灵敏度探测器接收。

三、解锁的新应用领域

其独特的分析能力正不断拓展其在传统及前沿领域的应用边界。

材料科学与纳米技术：能够表征材料的晶体结构、晶格应力、相组成、化学掺杂及缺陷。对于碳材料，可清晰区分石墨烯层数、碳纳米管手性及无序度。可对半导体、电池材料、催化剂等微区成分与结构进行原位分析。

生命科学与生物医学：

无标记细胞成像：无需染色，即可基于内源性分子的拉曼信号，对活细胞或组织中的蛋白质、脂质、核酸、代谢物等进行成像，研究细胞代谢、药物分布、疾病状态等。

病理学辅助诊断：通过分析组织切片的拉曼光谱特征，识别癌变区域，提供分子水平的诊断信息。

地质学与行星科学：对矿物、包裹体进行原位无损鉴定，分析矿物成分、共生组合与成因信息，也可用于陨石或模拟地外物质的分析。

药物研发与质量控制：可鉴别药物的多晶型、分析药物在载体中的分布与状态、监测活性成分的稳定性，以及对药物生产过程进行在线或旁线监控。

艺术品与考古学：无损鉴定颜料、染料、釉料等文物材料的化学成分，用于真伪鉴别、年代判断及保护研究。

显微拉曼光谱仪通过将高空间分辨的显微成像与高化学特异性的拉曼光谱分析相结合，提供了一种强大的微区化学成分与结构分析工具。其非破坏性的特点保护了样品的完整性，而快速分析能力则适应了高通量、实时或动态过程研究的需求。这些优势使其突破了传统分析方法的诸多限制，在从基础科学研究到工业质量控制的广泛领域中，不断解锁新的应用可能性，为深入理解物质在微观尺度上的化学性质与空间分布提供了重要的技术手段，持续推动着相关学科的进步。

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