显微拉曼光谱仪使用方法

显微拉曼光谱仪标准化操作与核心参数优化指南

显微拉曼光谱（Micro-Raman Spectroscopy）凭借其非接触、无损以及高空间分辨率的特性，已成为材料科学、生物医药及半导体检测领域的标配工具。在实际操作中，为了获得高质量的光谱图并确保数据的可重复性，不仅需要严格遵守标准化流程，更需根据样品特性进行深度的参数调优。

系统预热与基准校准

高精度拉曼测试的步并非直接放样，而是确保光学系统的物理稳定性。

1. 激光器预热：气体激光器或固体激光器均存在热漂移现象。开机后建议预热 15-30 分钟，使输出功率稳定，避免在长时间 Mapping（成像）过程中出现基线波动。
2. 硅片标定：利用标准单晶硅片（Si）进行频率校准。硅在室温下的理论拉曼峰位为 520.7 cm⁻¹。通过调整光栅零位或软件偏移校正，需将偏差控制在 ±0.2 cm⁻¹ 以内，这是定量分析结构应力或化学键变化的基础。

样品制备与激发波长的选择原则

样品的物理状态直接决定了信噪比（SNR）。对于显微拉曼而言，表面平整度至关重要。

• 衬底选择：尽量避免使用产生强烈荧光背景的载玻片。在 532nm 或 633nm 激发下，建议使用抛光铝片、不锈钢基底或专用石英片。
• 波长匹配：根据样品的电子吸收特性选择激光波长，以平衡散射强度与荧光干扰。

以下为实验室常用的激光波长特性参考表：

核心测试参数的精细化设置

在确定波长后，功率密度与积分时间的组合决定了原始数据的“含金量”。

1. 激光功率控制：显微拉曼的能量高度集中。使用 100x 物镜（NA=0.90）时，1mW 的功率在样品表面形成的功率密度极高。对于生物样本或黑磷、钙钛矿等热敏感材料，初始功率应设为最大值的 0.1%–1%，逐级递增，防止光致热降解或相变。
2. 积分时间与累加次数：对于弱信号样品，增加单次积分时间比单纯增加累加次数更能有效提升信噪比，但需注意 CCD 探测器的饱和阈值。
3. 共焦孔径（Confocal Hole）：减小孔径可显著提升纵向空间分辨率（Z轴），有效滤除样品深层的杂散光，适用于多层薄膜或微小包体分析。

数据采集流程与质量判定

在正式采集过程中，建议遵循“先观察、后寻迹、再精测”的逻辑。

• 明场聚焦：通过高倍物镜找准目标区域。对于透明或半透明样品，需精确定位表面反射点，以确保拉曼散射收集效率最大化。
• 光谱巡检：先进行一次快速扫描（如积分 1s），观察是否有明显的荧光“包”或宇宙射线干扰。若基线呈 45 度向上倾斜且无特征峰，需立刻更换长波长激光器或降低功率。
• 暗背景扣除：在精密定量分析前，必须采集相同积分时间下的 CCD 热噪声背景，并在软件中进行实时扣除。

原始数据的后期处理标准

获取光谱后，科学的数据处理是产出高质量图谱的关键步骤：

1. 基线校正：采用多项式拟合或多点线性拟合去除荧光背景。注意不要过度拟合导致微弱特征峰消失。
2. 平滑处理：仅在信噪比较差时使用 Savitzky-Golay 平滑，避免过度平滑导致峰宽（FWHM）失真，从而影响结晶度评估。
3. 峰拟合（Peak Fitting）：针对重叠峰，利用 Gaussian、Lorentzian 或 Voigt 函数进行解卷积，提取准确的峰位、强度和半高宽信息。

显微拉曼光谱仪的操作艺术在于平衡“检测灵敏度”与“样品完整性”。作为行业从业者，应形成对不同材质样品的预判力，通过激光能量分布与光路损耗的掌控，将复杂的物理信号转化为准确的科研结论。