关于拉曼光谱仪激发波长的选择

我们知道，拉曼光谱峰位与激发光的频率无关，而拉曼系统常见的激光器波长有244nm、266nm、325nm、355nm、405nm、488nm、514nm、532nm、633nm、785nm、830nm、1064nm等，涵盖紫外-可见-近红外的激光器，那么我们在实际考虑拉曼光谱仪的时候，应该如何选择合适的激发波长呢？

散射信号的强度

根据瑞利定律，分子的散射强度I∝ν⁴，ν是激发光的频率，也就是说，波长越短，散射信号就越强，因此红外激发的拉曼信号强度一般小于用可见光来激发的。

激光的穿透深度

通常来说，可见波段激光器的穿透深度在百纳米—微米量级，波长越长，穿透越深，而紫外激光器的穿透深度只有nm量级：

  图1.不同波长激光在Si和Ge中的穿透深度

图2.不同波长激光在不同材料中的穿透示意图

如果用紫外光激发，激光入射时穿透浅，发生拉曼散射的只有表面部分，同时激发出的拉曼散射光也在紫外波段，从材料中回来被收集的过程中又会发生损耗。因此，对于同一个样品，使用紫外激光激发，实际获得的拉曼信号强度往往远小于用可见光激发的。

不过有些材料研究中也需要用到这一规律，比如说金属氧化物的催化活性常常取决于其表面区的晶相结构，用紫外激发可以只获得感兴趣的区域的拉曼信号从而避免大量基底信号的干扰。

避开荧光干扰

荧光峰很多时候是一个大波包，其强度比拉曼信号强几个数量级，如果拉曼特征峰落在荧光区域，就有可能会被荧光峰所覆盖，因此可以通过改变激发波长来避开荧光区域。

图3.改变激发波长避开荧光

共振拉曼

当激发光频率接近或重合于分子的一个电子吸收带时,某一个或几个特定的拉曼峰的强度会急剧增加,甚至达到正常拉曼峰强度的百万倍,并出现正常拉曼效应中所观察不到的弱峰,这就是共振拉曼效应(RRE)。

有时我们需要观测某些较弱的拉曼信号，这时候就可以选择和样品的吸收带匹配的激发波长。

部件的性能和成熟度

拉曼系统中所用的部件包括激光器、探测器、光学元器件往往都是在可见波段的技术发展最成熟、性能也最好，比如说紫外激光器通常价格昂贵，近红外相机的灵敏度较差且量子效率低。

我们可以总结如下图：

可以发现，可见光激发，是应用最广泛，通常也是效果最好的选择。传统的拉曼系统中，532nm激发能够满足大部分实验的需要，最主要的缺点就是对生物样品等可能会有背景荧光的干扰，而采用785nm激发的时候又往往因为拉曼信号弱、探测器性能比较差而得不到好的实验结果。

随着科技的不断进步，现在WITec公司的显微共聚焦拉曼光谱仪其优异的共聚焦性能已经能够一定程度上限制荧光背景的干扰，让我们可以使用532nm激光就能进行生物样品的测试，在生命科学等领域激发起了新的拉曼研究热潮。