拉曼光谱在最近这些年发展比较快,主要受益于激光技术的发展和纳米技术的迅猛提高。
近年来激光技术的发展,使基于超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟了。这种高精尖和需要昂贵设备的技术,原来仅有少量几个单位可以实现,特别是激光部分都需要自行搭建,且光源稳定性较差。随着激光技术的发展,已打破这个技术瓶颈,仪器的价格也下降到可接受范围。目前国际上已推出应用于非线性光谱研究的超快(飞秒或皮秒)激光器,技术上已经达到比较成熟的地步,也较稳定。非线性拉曼光谱技术已经在生命科学领域研究中发挥着它的独特和重要作用。美国哈佛大学的谢晓亮教授在开拓并运用相干反斯托克斯拉曼光谱显微学研究活细胞内部三维结构方面取得一系列重要成果。
纳米科技的迅猛发展也是拉曼光谱在最近这些年迅速发展的重要推动力,它使基于纳米结构的表面增强拉曼光谱(SERS)和针尖增强拉曼光谱(TERS)在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步,推动拉曼光谱成为迄今少有的、可达到单分子检测水平的技术之一。近年来,在拉曼光谱刊物和拉曼光谱会议中,SERS都是一个最受关注的内容,有关 SERS 的论文数量也呈显著的上升趋势。SERS和TERS不仅仅在表面科学研究领域,而且在生命科学领域也具有很大的发展潜力,可以为研究各类重要的生命科学体系和解决基本问题做出贡献。共振拉曼、表面增强拉曼和非线性拉曼光谱以及它们的联用将成为生命科学前沿领域具有重要价值的研究方法。
1.光谱传感器微型化、生物化
现在已有不少仪器采用光纤与化学试剂或生物材料(如酶)相结合,构成微型光纤化学、光纤生化光谱传感器(微光谱探头),这方面的研究和实用化今后肯定还会不断深化和推广。目前,纳米技术和纳米材料科技的快速发展,也会促进光谱传感器微型化进程。现已有采用纳米粒子进行荧光免疫和增强Raman检测的技术和仪器报道,可应用于病毒感染、心血管疾病、癌症的分析和诊断。芯片技术已从半导体集成电路技术移植到微型传感器技术,尤其在生物医学分析仪器和战场生物、化学毒物监测仪器中,应用前景无量。
2.光谱仪器网络化
当今网络铺天盖地、无孔不入,光谱仪器配置调制解调器连接 Internet 的想法顺理成章,并已在不少国外光谱仪器中实施。今后的问题是光谱仪器网络化的内涵、功能、实效究竟如何,会对光谱分析检测技术和光谱仪器的发展产生什么影响,有多大多深的程度,还须静观深思。
3.光谱仪器虚拟化
建立在计算机硬件、软件发展基础上的虚拟化仪器设计目前方兴未艾,这预示了今后仪器设计观念和应用模式的巨大变革。传统仪器单一任务、固定对象的设计和应用概念受到冲击甚至会被突破。可以预期,像光谱仪器这样常用的仪器,虚拟、模糊的新概念一定会影响下一代光谱仪器的设计、制造和使用,而且不仅影响到光谱分析检测数据的处理和应用,是否还会搅乱(或重组)传统光谱仪器谱系和型式惯例,现在还难以评说。
作为一种光散射检测技术,拉曼光谱可以穿过透明或半透明包装材料,非接触、无损地直接检测分析样品,特别是由于水的拉曼散射光谱极弱,对其他物质的散射影响也甚微,拉曼光谱在环境水体检测中更具有得天独厚的优势。传统实验室用的拉曼光谱分析仪具有高灵敏度、高分辨率、宽光谱范围的特点,同时为保证仪器的优良性能,一般都配置多个激光器和光栅,并装配显微镜、共聚焦、成像系统等多种附件。因此,这类仪器体积庞大、进样过程复杂、分析时间较长,不适合现场快速检测。便携式拉曼光谱仪能够现场检测不明密封液态或固态潜在危险化学品,在得到实验室分析结果确认之前即可快速获取物质基本信息,既保证操作的安全性,又实现快速准确的鉴别,因此,便携式拉曼光谱仪成为一种应对生化恐怖攻击、危险物资处理和执行突发性应急监测任务的重要工具,并具有广阔的应用前景。