綜合描述：

ATR3020采用的差分拉曼光譜技術(shù)，它內(nèi)置兩個(gè)相鄰波長(zhǎng)的激光器，分時(shí)產(chǎn)生激發(fā)光，對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，拉曼信號(hào)對(duì)激發(fā)光波長(zhǎng)非常敏感，而熒光信號(hào)則不敏感，運(yùn)用差分技術(shù)，從而可以抑制熒光，可直接測(cè)量高熒光物質(zhì)，抗干擾、抗噪聲、大幅提高系統(tǒng)整體的檢測(cè)靈敏度和信噪比，達(dá)到濾除干擾峰（如環(huán)境光峰、熒光峰等），只保留純凈的拉曼峰，捕捉微小信號(hào)差，。

由于可以較好地去除熒光等各種干擾，ATR3020便攜式拉曼光譜儀，在保證對(duì)準(zhǔn)確性的前提下，還可以降低光源功率的要求，提高整機(jī)可靠性和光譜容錯(cuò)糾錯(cuò)能力，通過(guò)與SERS技術(shù)結(jié)合，可以達(dá)到PPB級(jí)檢測(cè)能力適合野外作業(yè)。ATR3020還擁有顯著的可靠性，使檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。優(yōu)良的低雜散光條件使光譜儀具有廣泛的應(yīng)用，特別是在生化分析儀、食品安全、制藥工程等。該多功能軟件促進(jìn)了應(yīng)用中的光譜分析過(guò)程。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，使測(cè)試項(xiàng)目更容易。

l 依美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTM E2529-06方法測(cè)試；

l 特別定制的話，分辨率性能可以提升1/3左右，但是會(huì)犧牲靈敏度。

特征：

Ø 差分拉曼光譜技術(shù)，有效抑制熒光；

Ø 雙波長(zhǎng)激光耦合技術(shù)；

Ø 超高靈敏度TEC制冷的CCD ;

Ø 超低噪聲電路;

Ø 強(qiáng)大的嵌入式軟件;

Ø 消除熒光背景；

Ø 峰值搜索和顯示；

Ø 液晶顯示器：10.1;

Ø Android 6.0操作系統(tǒng)；

Ø 11.6寸電容觸摸屏，支持多點(diǎn)觸控；

Ø USB 2.0；

Ø 友好的人機(jī)界面;

Ø 電池續(xù)航> 4h;

Ø 支持LAN遠(yuǎn)程控制;

Ø IP67 防水防塵;

應(yīng)用領(lǐng)域：

Ø 生物科學(xué)

Ø 制藥工程

Ø 法醫(yī)分析

Ø 農(nóng)業(yè)與食品安全

Ø 寶石鑒定

Ø 環(huán)境科學(xué)

1. 差分拉曼的工作原理

差分拉曼光譜法，也叫移頻激發(fā)法，它利用兩個(gè)波長(zhǎng)有細(xì)微差別的激光分別照射樣品得到兩幅原始拉曼光譜圖，熒光背景是不隨激光波長(zhǎng)的細(xì)微改變而發(fā)生移動(dòng)的，但是拉曼峰的位置卻會(huì)發(fā)生明顯的變化，將兩幅光譜圖相減得到差分光譜，在差分光譜中熒光背景相互抵消，不存在熒光干擾。

圖1 （a）原始拉曼光譜（實(shí)現(xiàn)、虛線分別代表784.5nm和785.5nm激光激發(fā)的拉曼光譜）；（b）差分光譜

在理想情況下，采用累加法、卷積法，都可以比較容易從差譜中復(fù)原出正常拉曼光譜。但是實(shí)際測(cè)出的光譜信號(hào)都或多或少存在噪聲，如光電探測(cè)器的暗電流噪聲、電路熱噪聲、環(huán)境背景光噪聲、光譜儀內(nèi)部雜散光等等，如圖 2.5 所示。噪聲的存在不僅會(huì)影響測(cè)量信噪比，也會(huì)降低復(fù)原算法的性能。便攜式拉曼光譜儀與實(shí)驗(yàn)室拉曼系統(tǒng)相比，信噪比更差，噪聲的干擾更嚴(yán)重。 除了噪聲干擾外，在實(shí)際差分光譜中還有可能出現(xiàn)正負(fù)譜峰強(qiáng)度不一致、不對(duì)稱(chēng)的情況，這也會(huì)降低差分光譜復(fù)原算法的性能。拉曼信號(hào)的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比關(guān)系，雖然 SERDS 系統(tǒng)的兩個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)只有很小的差別，但是這種細(xì)小的差別還是會(huì)導(dǎo)致拉曼峰值不對(duì)稱(chēng)。噪聲干擾疊加在譜峰上也會(huì)導(dǎo)致譜峰不對(duì)稱(chēng)。此外兩次測(cè)量過(guò)程中樣品受照射后溫度不同、熒光特性發(fā)生細(xì)微變化（光漂白作用）等情況也會(huì)

導(dǎo)致譜峰不對(duì)稱(chēng)。

奧譜天成研制了一套全新的差分拉曼復(fù)原算法OP-ADRaman，可以地解決噪聲、不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題。

圖2 差分拉曼的信號(hào)復(fù)原

圖3 ATR3020實(shí)物圖

4. 可靠性測(cè)試

圖6   ATR3020差分拉曼光譜儀的峰位強(qiáng)度穩(wěn)定性測(cè)試

5. 測(cè)量附件

圖7 固體、粉末測(cè)量探頭

圖8 液體樣品測(cè)量池（Thermo瓶）

圖9 液體樣品測(cè)量池（液相色譜瓶，微量）（選配）

圖10 ATR20107型槍型拉曼探頭（選配）

圖11 測(cè)試調(diào)節(jié)架（選配）

6. 差分拉曼光譜的應(yīng)用案例

6.1. 差分拉曼光譜法對(duì)塑料的鑒別分析

中國(guó)人民大學(xué)與刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院姜紅等人，利用差分拉曼光譜對(duì)收集的 42 個(gè)不同品牌不同廠家不同容量的塑料瓶進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)差分拉曼光譜圖可將樣品分為聚乙烯與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯兩大類(lèi)，每類(lèi)樣品的拉曼特征峰存在一定差異。使用判別分析法對(duì)處理后的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立 8 個(gè)判別函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)變量取值的預(yù)測(cè)，同時(shí)檢驗(yàn)上述判別函數(shù)的判別能力，并建立判別分布圖，判別圖中 9 組樣品質(zhì)心明顯區(qū)分，效果較好。

圖12 塑料樣品的常規(guī)拉曼光譜圖（左）和差分拉曼光譜圖（右）

6.2. 差分拉曼光譜法對(duì)鞋底材料的鑒別分析

運(yùn)動(dòng)鞋已成為人們?nèi)粘３鲂械谋匦杵?，運(yùn)動(dòng)鞋鞋底作為一種常見(jiàn)物證，經(jīng)常出現(xiàn)在各類(lèi)刑事案件以及交通肇事現(xiàn)場(chǎng)中，通過(guò)對(duì)提取到的鞋底物證的檢驗(yàn)，可為案件的偵破提供線索、指明方向，為證實(shí)提供科學(xué)的證據(jù)。隨著化工和高分子材料的迅速發(fā)展，鞋底材料從最初的皮革和天然橡膠（NR）逐漸演化到現(xiàn)在各種性能的新型材料。目前，檢驗(yàn)鞋底材料的主要方法有紅外光譜法，X 射線熒光光譜法，掃描電子顯微鏡/能譜法等。差分拉曼光譜法具有無(wú)損檢材、處理時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，并能直接測(cè)量高熒光物質(zhì)，濾除干擾峰（如環(huán)境光峰，PL 峰等），提高系統(tǒng)整體的檢測(cè)靈敏度和信噪比等優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)人民大學(xué)與刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院姜紅等人，利用差分拉曼光譜對(duì)40 個(gè)白色運(yùn)動(dòng)鞋鞋底進(jìn)行檢驗(yàn)，并結(jié)合系統(tǒng)聚類(lèi)分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以期為法庭科學(xué)中運(yùn)動(dòng)鞋鞋底物證的區(qū)分檢驗(yàn)提供一定的參考。

圖13 常見(jiàn)鞋底材料的差分拉曼光譜（a）乙烯‐醋酸乙烯共聚物EVA；（b）聚氯乙烯（PVC）

6.3. 差分拉曼光譜法對(duì)煙盒外包裝薄膜材料的鑒別分析

煙盒外包裝薄膜是指卷煙盒外包裹的一層薄膜，按主要成分的不同可以分為三類(lèi)：雙軸拉伸聚丙烯薄膜（BOPP)、纖維素薄膜、乙烯丙烯復(fù)合膜（EPM)。市場(chǎng)上 BOPP 在煙盒外包裝薄膜生產(chǎn)中應(yīng)用最多。目前，檢驗(yàn)煙盒外包裝薄膜的方法主要有紅外光譜法、拉曼光譜法、差示掃描量熱法、X 射線熒光光譜法、小角激光散射法、整體分離痕跡比對(duì)法等。差分拉曼光譜技術(shù)作為一種新型方法，尚未見(jiàn)到應(yīng)用到香煙物證的研究中，其不僅具有無(wú)損檢材、操作簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，而且能直接測(cè)量高熒光物質(zhì)，濾除背景噪聲，有效的降低干擾，提高系統(tǒng)整體的信噪比。

中國(guó)人民大學(xué)與刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院張進(jìn)等人，采用差分拉曼光譜技術(shù)對(duì)不同的煙盒外包裝材料，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，取得了非常好的效果。

圖14 煙盒外包裝薄膜材料的常規(guī)拉曼光譜圖（36#a和36#b）和差分拉曼光譜圖（36#c）

圖15 常見(jiàn)煙盒包裝材料的差分拉曼光譜

6.4. 差分拉曼光譜法對(duì)表皮葡萄球菌的鑒別分析

食源性致病菌快速檢測(cè)一直都是農(nóng)業(yè)食品安全問(wèn)題中的熱點(diǎn)之一，它需要得到全社會(huì)足夠的重視。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)消耗時(shí)間長(zhǎng)，操作繁雜，效率低下，目前的快速檢測(cè)技術(shù)在研究和開(kāi)發(fā)方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。以精確，特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為了農(nóng)業(yè)食品監(jiān)管工作的強(qiáng)大技術(shù)支撐。塔里木大學(xué)的許明翥采用的是新研發(fā)的差分拉曼技術(shù)和表面增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合方法，從而得到相關(guān)微生物的指紋圖譜，并入數(shù)據(jù)庫(kù)。從而實(shí)現(xiàn)后期對(duì)各類(lèi)微生物的快速以及精確檢測(cè)。

圖16 表皮葡萄球菌差分拉曼圖譜；藍(lán)：加入金溶膠表皮葡萄球菌拉曼圖譜一；綠：加入金溶膠表皮葡萄球菌拉曼圖譜二；紅：加入金溶膠表皮葡萄球菌差分拉曼圖譜；黑：無(wú)增強(qiáng)劑表皮葡萄球菌差分拉曼圖譜。