拉曼仪器分类-超强知识贴
拉曼光谱测试样品时，无需样品预处理，不管固、液、气，都可直接进行测试。因此，拉曼仪器近些年发展很快，在材料、生物、地质、冶金、矿业、陶瓷、制药、环保、聚合物等领域获得广泛应用。在应用过程中，出现的问题主要是针对某些样品测量时，拉曼信号弱，荧光干扰严重，荧光信号湮没了拉曼信号，导致谱图拉曼信号峰很弱或没有，从而限制了其应用范围。所以，拉曼仪器厂商在推出新仪器或改进提高仪器性能，最后都落脚于增强拉曼信号，或者根据拉曼与荧光在时间维度上不同采用时间门控技术分开。
下面从技术原理、与显微镜的耦合、激光器、分光设计、检测器的不同角度来介绍拉曼仪器的分类。
从拉曼采用的技术原理角度来看，世界商业化的拉曼仪器主要有以下几种：
1. 时间门控拉曼（timegate raman）
时间门控（时间解析）拉曼仪器是拉曼中的一匹黑马，芬兰的timegate PicoRaman是全球首创具有独家专利技术的时间解析拉曼仪器，在世界上号称我们能看到您想看而看不见的：
a) 它从技术原理上解决了荧光干扰问题，极大地拓展了拉曼应用，对矿石、陶瓷、药物、生物、聚合物等有机物分析变得非常轻松。
b) 可进行高温样品的拉曼测试研究。仪器可将高温样品的强烈的背景辐射（黑体辐射）剔除而测得真正的拉曼信号。而一般的拉曼仪器因为高温样品背景辐射很强而得不到拉曼信号（强的背景辐射湮没了拉曼信号）。
2. 采用光栅或傅里叶变换的常规拉曼
常规拉曼是指一般光学仪器结构配CCD检测器，在荧光抑制和增强拉曼信号方面被动，此类在无机分析商问题不大，有机分析时无拉曼信号或较弱。
3. 表面增强拉曼（surface-enhanced raman）
激光激发金属（金或银）表面粒子产生载流子，载流子导致表面等离子体共振和增强金属表面电场，从而增强了拉曼信号。表面增强拉曼基材很重要，一般是以金或银的胶体或基材上附着金或银的纳米粒子进行。
4. 针尖增强拉曼（tip-enhanced raman）
针尖增强拉曼是结合扫描探针显微镜，扫描探针为金属探针，在原子尺寸的探针上覆有银或金，接近样品分子时，激光激发针尖银或金，增强了样品拉曼信号。
针尖增强拉曼和表面增强拉曼基于相同原理。但是对于表面增强拉曼，因为样品表面特性（不同）很难控制拉曼信号增强程度。
5. 共振拉曼(resonance raman)
当使用紫外可见段的激光源时，带有生色团的分子产生电子跃迁（频率与激发波长相符），增强了拉曼信号，称为共振拉曼。
受激拉曼和相干反斯托克斯拉曼很少，在此不论。
从拉曼和显微镜的耦合角度来看，拉曼仪器主要有以下两种：
1. 显微拉曼
显微拉曼是显微镜和拉曼仪器耦合，实现微区或特定分析。实验室研究型拉曼多配置了显微镜，或预留了和知名显微镜品牌的接口。知名的显微镜例如奥林巴斯、莱卡等。
2. 无需配置显微镜的拉曼
很多情形下，非研究微区拉曼、液体测量、气体测量、工业现场等，都使用拉曼直接测量，无需配置显微镜。这部分拉曼仪器占绝大多数，主要根据研究对象、目的和经费等因素确定。包含便携或在线拉曼，利用光纤或改变采样方式等手段，使拉曼仪器满足特定环境下的检测，便携或在线拉曼一般多为专用仪器。
从拉曼仪器所使用的激光器来看，拉曼仪器主要有以下几种：
1. 脉冲激光的拉曼
根据时间门控技术和拉曼信号时间寿命，采用皮秒激光脉冲。这种高新技术对激光器和检测器的硬件要求极高。
2. 连续激光的拉曼
一般的拉曼仪器多采用连续激光，检测器端连续扫描积分得到拉曼谱图。
3. 不同激发波长的拉曼
统计各厂商的拉曼仪器所采用的激光器波长，紫外、可见、近红外波段都有使用。不同的激发波长，在具体研究项目或应用中效果不同甚至有明显差异，故而厂商有时提供多个激光源，供用户选择。
最常用的激发波长是532nm,785nm,1064nm.
从拉曼仪器所采用的分光设计来看，拉曼仪器都是光栅分光，只是具体细节各家有所区别：
光栅分光有透射、反射方式等，光栅规格和数量又有不同组合。
典型和常用的是Czerny–Turner光路结构，如下图：
两个凹面镜分别作准直镜C和成像镜E，平面反射光栅D作色散元件。
从检测器角度来分类，拉曼仪器分为SPAD、CCD、InGaAs
1. SPAD检测器
SPAD或CMOS-SPAD，即single-photon avalanche diode,单光子雪崩二极管；CMOS,complementary metal-oxide semiconductor,互补金属氧化物半导体。CMOS-SPAD阵列检测器可实现对单光子的检测和计数。拉曼仪器中配置有多个CMOS-SPAD阵列芯片，确保准确而完整接收光学信号。
2. CCD检测器
CCD,Charge Coupled Device电荷耦合器件，把光学信号转为电信号。仪器普遍采用CCD阵列，其中有线阵列、面阵列。
CCD的制冷方式也有不同，有半导体（TE）制冷、液氮制冷、空气制冷。
3. InGaAs检测器
InGaAs阵列检测器常用于近红外。当近红外1064纳米的激光作为激发波长，配置此检测器（1600-2200纳米）。一般地，常规和研究型拉曼仪器不采用该检测器。
在实际研究和应用中，常根据具体应用和测试对象，选择和选配恰当的仪器。例如拉曼测试有机气体，需要考虑分子密度很小，直接测试较困难，可以设计较大的光程来克服；当测试荧光干扰严重的样品时，优先选择抑制荧光效果好，原始拉曼谱图信号显著的仪器或配置，或者直接选择从根本上消除荧光干扰和背景辐射的时间门控拉曼仪器。
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