【新一代小型拉曼必配技術(shù)】

    近年來，拉曼光譜快檢技術(shù)在食品安全、生物醫(yī)藥、分子結(jié)構(gòu)研究、化工過程、生物化學(xué)、考古及文物鑒定、法學(xué)樣品分析等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，被稱為“分子指紋”的拉曼光譜技術(shù)因其無損、便捷、速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)良特性，在光學(xué)快檢領(lǐng)域受到大力推崇。

    但是實(shí)際使用過拉曼光譜檢測方法的都知道，由于采用聚焦測量的方式，在對(duì)有些目標(biāo)物檢測時(shí)，必須很小心。由物像共軛關(guān)系可以知道，只有在光譜儀接收狹縫的像點(diǎn)發(fā)出的所有光信號(hào)才能被光譜儀所接收。因此當(dāng)激發(fā)激光的聚焦點(diǎn)正好處于這個(gè)位置的時(shí)候，拉曼信號(hào)才有高的收集效率。為了獲得更高的分辨力，色散光譜儀的狹縫，通常只有幾十個(gè)微米，所以在進(jìn)行拉曼檢測的時(shí)候我們需要對(duì)激光進(jìn)行聚焦。對(duì)于一些應(yīng)用這是非常方便的，比如需要對(duì)天然寶石中的胞體進(jìn)行研究。但在很多時(shí)候，高聚焦也帶來了其它的問題。

    比如：深色物質(zhì)，由于深色物質(zhì)會(huì)吸收大部分激光功率，因此容易引起樣品的灼燒。在測量文物字畫時(shí)有損害樣品的可能，而測量爆炸物品時(shí)，甚至有直接引爆的危險(xiǎn)。如下圖

    此外，由于拉曼的聚焦特性，因此實(shí)際上只能進(jìn)行“點(diǎn)測量”，對(duì)于一些非均勻樣品的分析，高聚焦很可能導(dǎo)致對(duì)檢測譜圖代表性的質(zhì)疑。如果被測物為非均勻混合物，很可能測量的那個(gè)點(diǎn)上，并沒有目標(biāo)物。比如測一個(gè)注膠的翡翠手鐲，但測量點(diǎn)上沒有膠，可能就會(huì)被誤認(rèn)為A貨翡翠。測量多組分混合的固體違禁品時(shí)，可能測量點(diǎn)上只有食用輔材而不包含違禁品。 如下圖

針對(duì)這種情況，出現(xiàn)了一些針對(duì)性技術(shù)：

    首先是ORS移動(dòng)光斑技術(shù)，這種技術(shù)通過降低單個(gè)位置激光照射時(shí)間來避免引燃物體。但由于微機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)很難保證光斑運(yùn)動(dòng)軌跡在某個(gè)平面范圍上均勻分布，因此實(shí)際效果只是光斑在某個(gè)小范圍內(nèi)呈線性“抖動(dòng)”，并且由于單點(diǎn)功率密度并沒有下降，因此很多情況下仍舊會(huì)灼燒甚至引爆物品，而且對(duì)設(shè)備光機(jī)結(jié)構(gòu)要求非常高，導(dǎo)致可靠性下降。 

    第二種是TRS透射技術(shù)。該技術(shù)對(duì)樣品要求很高，需要是薄片狀樣品，而且受數(shù)值孔徑的限制，這種方式的光學(xué)效率不高，測量范圍更小。

    第三種是采用非聚焦方式的“大光斑”技術(shù)，由于不在物鏡聚焦點(diǎn)上測量，使得照射光斑擴(kuò)大，但由于違背了前面所說的聚焦測量的原則，因此導(dǎo)致收光效率大幅損失，即使在周圍加上反射腔做彌補(bǔ)，也至少損失一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的光學(xué)效率。

    并且，以上三種技術(shù)都只能將光斑范圍擴(kuò)大到毫米級(jí)，在實(shí)際應(yīng)用中仍然太小了。而且后兩種技術(shù)還會(huì)大幅的損失光學(xué)收集效率，導(dǎo)致信號(hào)惡化，無法有效分辨樣品。

    如何才能獲得一個(gè)較大面積的拉曼特征并且實(shí)現(xiàn)激光功率的均勻分布，而又不以犧牲光學(xué)效率為代價(jià)呢？復(fù)眼昆蟲眼部分解成無數(shù)的復(fù)眼，每個(gè)小的眼睛均可獨(dú)立成像，通過復(fù)眼結(jié)構(gòu)昆蟲獲得了更高的視野和反應(yīng)速度。從昆蟲的復(fù)眼，我們獲得了很好的啟示。通過對(duì)復(fù)眼的仿生，科學(xué)家發(fā)明了“蠅眼相機(jī)”，具有160度的視野，能夠同時(shí)聚焦物體的不同深度。

    如果像復(fù)眼一樣，有無數(shù)個(gè)小透鏡同時(shí)對(duì)激發(fā)光聚焦，我們就可以在透鏡的焦平面將激發(fā)光平均分配為很多份。每個(gè)小的透鏡都是一套獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，光譜儀狹縫和樣品激發(fā)位置構(gòu)成物象共軛關(guān)系。由于小透鏡位置不同，我們可以把檢測點(diǎn)覆蓋在一個(gè)很寬的范圍同時(shí)檢測，解決了拉曼檢測實(shí)際上只能進(jìn)行“點(diǎn)測量”的問題。

    這就是簡智儀器通過研究推出的MOEMS 陣列光斑檢測技術(shù)，不止解決了拉曼光譜高聚焦容易引起樣品的灼燒的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了拉曼檢測技術(shù)從“點(diǎn)測量”到“面測量”的突破。簡智儀器依托自身元器件級(jí)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力，突破重重設(shè)計(jì)和工藝難點(diǎn)，將傳統(tǒng)拉曼中使用的單一透鏡，優(yōu)化為陣列微透鏡，然后再做對(duì)應(yīng)的光路系統(tǒng)的優(yōu)化，研發(fā)出來的復(fù)眼仿生的MOEMS拉曼探頭，實(shí)現(xiàn)將檢測范圍擴(kuò)大為厘米量級(jí)！而光點(diǎn)能量降低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，并且在檢測范圍內(nèi)，均勻分布上百個(gè)聚焦光斑點(diǎn)；并且每個(gè)光斑點(diǎn)，保持了高數(shù)值孔徑，在不顯著降低接收效率的前提下，又均勻地分?jǐn)偭思す庹丈涔β?，可以?duì)樣品進(jìn)行大面積檢測。

    特別是在測量危險(xiǎn)樣品時(shí)，由于單點(diǎn)功率低于5mw，因此，安全。*杜絕拉曼光譜灼燒損壞樣品，或者引燃引爆危險(xiǎn)品的可能性！并且在均勻分?jǐn)偧す夤β实耐瑫r(shí)，保持超高拉曼接受效率，不會(huì)因?yàn)闇y量深色物體而導(dǎo)致信號(hào)惡化無法正確分辨。

    MOEMS 陣列光斑檢測技術(shù)可以解決目前對(duì)于違禁品等混合樣品在拉曼檢測中出現(xiàn)的代表性問題，避免了對(duì)高吸收率物質(zhì)（如ABS材料等）進(jìn)行拉曼光譜檢測時(shí)出現(xiàn)的燒蝕損毀現(xiàn)象，解決了易燃目標(biāo)目前無法用拉曼技術(shù)直接檢測的問題，同時(shí)創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了低能量密度下的大面積拉曼檢測，是對(duì)傳統(tǒng)拉曼檢測技術(shù)的革新性變化。簡智儀器有信心，MOEMS將成為下一代便攜式拉曼光譜的常態(tài)性必配技術(shù)。安全的保證，將大幅擴(kuò)大拉曼光譜技術(shù)的適用范圍。

    簡智儀器在現(xiàn)場快檢技術(shù)發(fā)展高峰論壇暨2019簡智新品發(fā)布會(huì)上發(fā)布該項(xiàng)新科技，為拉曼快檢底層技術(shù)革新拉開了序幕。2019年簡智儀器即將推出的Easy-Raman EV系列新款手持式拉曼光譜產(chǎn)品也將搭載MOEMS陣列光斑檢測技術(shù)，敬請(qǐng)期待。