顯微拉曼光譜儀說明書

顯微拉曼光譜儀：從基礎架構到高階應用指南

在現代精密表征實驗室中，顯微拉曼光譜儀（Micro-Raman Spectroscopy）憑借其非破壞性、化學指紋特性以及微米級的空間分辨率，已成為材料科學、半導體及生命科學研究的核心工具。該技術通過將光學顯微鏡與拉曼光譜儀耦合，實現了對微小區域（微米量級）的定性定量的化學成分與結構分析。

核心工作原理與共焦系統

顯微拉曼的核心在于單色激光與樣品的相互作用。當激發光照射到樣品表面時，絕大部分光發生彈性散射（瑞利散射），僅有約千萬分之一的光發生能量轉移，即非彈性散射（拉曼散射）。通過共焦光路設計，系統能夠利用共焦孔有效濾除焦平面外的雜散信號，從而在三維空間內實現對樣品的剝離采樣。這種深度分辨能力，使得研究人員可以在不切片的情況下，分析透明樣品內部的包裹體或多層薄膜結構。

關鍵技術指標參數

為了更直觀地評估一臺顯微拉曼光譜儀的性能，下表列出了實驗人員在選型與使用時關注的核心參數：

激發波長選擇與熒光策略

在實際操作中，激光器的選擇直接決定了實驗的成敗。532nm 激光由于能量較高且散射效率高，是碳材料、半導體、氧化物等無機材料的首選。對于生物組織、聚合物或帶有雜質的礦物，強烈的熒光背景往往會掩蓋拉曼信號。

此時，選擇 785nm 或 830nm 等近紅外激光能有效降低光子能量，規避多數電子能級的躍遷，從而熒光。但在近紅外波段，拉曼散射強度（與頻率的 4 次方成正比）會顯著下降，因此對探測器的量子效率及系統的穩定性提出了更高要求。

空間分辨率的優化路徑

顯微拉曼的優勢在于“微”。通過高倍率、高 NA 值的空氣物鏡或油鏡，激光光斑可聚焦至衍射極限。在分析碳纖維、微納光電器件時，通過調整共焦孔徑的大小，可以在信號強度與空間細節之間找到平衡點。值得注意的是，樣品表面的平整度與激光偏振態也會影響光譜的準確度，尤其是在晶體取向分析與應變測算中，精確控制偏振方向是獲取高質量數據的必要前提。

多維成像與工業應用場景

隨著自動化位移臺精度的提升，拉曼成像（Raman Mapping）已成為主流。通過在 X-Y 平面進行網格化掃描，可以獲得化學組分的空間分布圖。

1. 半導體行業：用于硅基器件的應力分布檢測、SiC 晶圓的位錯分析及摻雜濃度評估。
2. 新能源領域：原位（In-situ）分析鋰電池電極材料在充放電過程中的物相演變。
3. 藥學研究：分析藥物制劑中活性成分（API）與輔料的分布均勻性，監測晶型轉變。
4. 地質礦物：鑒定包裹體成分，通過特征峰位判定成巖壓力環境。

在實驗室日常維護中，定期使用硅片 520.7 cm?1 的特征峰進行波數校準是保障數據可靠性的基礎。針對不同樣品表面，合理設定激光功率以避免熱損傷（燒樣），是每一位分析師必須恪守的操作準則。隨著全自動智能化算法的引入，未來的顯微拉曼將向著更快的掃描速度與更強的背景扣除能力方向持續演進。