恒美智造手持式拉曼光谱仪-手持拉曼检测仪拉曼散射与谱库解析

一、一束激光照进去，回来的光不一样

拉曼测的是散射光。一束单色激光照到样上，绝大部分光按原波长反射回去，只有极少一部分被分子改了波长，往两边偏一点点；偏多少与分子的振动方式有关，偏的强度与该分子的数量有关。把这一小部分光接住、按波长摊开、记成曲线，就得到一张谱，也就能认物质。这条路不破坏样、不用试剂，隔着瓶子也能测，这是它能在现场立住的原因。与红外相比，拉曼对水的干扰小，含水多的样也能测；与近红外相比，它的峰更尖，混在一起的两种物质更容易分开。

好处明显，难处也明显。散射光本来就弱，一千个光子进去，改了波长的可能只有一个；样有颜色、有荧光、有包装，这点信号容易被背景淹掉。所以手持拉曼的功夫不在激光有多强，在把极弱的信号从背景里捞出来：光路要短、杂散光要压住、探测器要够安静，三样缺一，谱就糊。糊的谱拿去比对，认错比认不出更麻烦，因为认错会让人做错决定。这也是为什么同样标七百八十五纳米，不同厂家的机器在现场差别很大。恒美智造把这一段写进说明书，是想让人知道难点在哪，遇到了不至于先怀疑机器，先怀疑自己的样。名字上有两种：手持式拉曼光谱仪，也叫手持拉曼检测仪，前者说原理，后者说用途。

捞信号靠三段。一段是探头，把激光送出去、把散射光收回来，工作距离要固定；一段是光栅，把混在一起的光按波长摊开；一段是探测器，把摊开的光强记成一条曲线。三段做干净，谱才干净。探头这一段容易被忽略，因为它不写在参数表上；窗口脏一点、焦距偏一点，谱峰就宽一分，宽到两个峰并成一个，判断就错了。所以日常擦窗口这件事，比看参数重要；恒美智造在说明书里把它写成每次用完的动作，不是每月一次。

表1 一台手持拉曼的五段

表注：前四段是硬件，末了一段是软件；硬件决定测得清不清，谱库决定认不认得出来。

二、指纹在谱峰的位置，不在高低

一张拉曼谱，横轴是波数，纵轴是强度。认物质看的是峰在哪个位置、有几个、相对强弱如何，不看高低；高低受激光功率、工作距离、样的颜色影响，位置不受。所以两个人测同一份样，强度能差一倍，峰位不该动。明白这一条，现场就不会因为一张谱比另一张矮而怀疑机器，也不会因为看着差不多就放过一个峰位偏了的样。判断的顺序是先看位置，再看比例，末了才看强度；顺序倒了，十次有八次判错。

峰位是分子的指纹。苯环的呼吸振动在九百九十几波数，硝基在一千三百多，碳碳双键在一千六百附近，碳氢的伸缩在两千九到三千一；一组峰凑在一起，就像一张脸。库里存的就是这张脸，比对的时候看峰位对不对、几条峰的相对高度像不像、有没有多余的峰。多出来的峰往往有用，它说明样里混了别的东西，或者瓶子本身在出峰。所以看谱要看全，不能只盯一个强峰；强峰是脸，弱峰是痣，痣对上了才敢认。

位置也会动，动的原因要分清。温度升高、样受压、混了别的成分，峰位都会挪一点；挪得多，多半不是同一个东西；挪得少，可能是基体或者包装带来的位移。判断不能只凭一条谱，要结合样的来源与用法：同一条生产线上的样，谱的变化是连续的；换了一个供应商，谱可能一步跳开。把这两种变化分清，才不会把正常的批次差异当成掺假。恒美智造的做法是给每个常用品种存三条谱，看它自己的波动范围有多大，超出范围才报警。

三、785 纳米这条线，为什么常用

手持拉曼常用七百八十五纳米的激光。这条线的长处是荧光干扰小：很多有机样在五百三十二纳米下荧光很强，把拉曼信号整个盖住，换到七百八十五纳米，荧光弱下去，谱就浮出来了。短处是信号本身弱，探测器要做得安静，积分时间要拉长；同样一份样，七百八十五纳米测出来的谱比五百三十二纳米矮一截，这不是机器差，是物理上的取舍。懂了这一条，就不会拿两台不同波长的机器比谱高，比谱高没有意义，比峰位与信噪比才有。

波长怎么选，看样。五百三十二纳米信号强、分辨率高，适合无机物、矿物、深色样；七百八十五纳米荧光小，适合有机物、食品、药品；一千零六十四纳米荧光更小，代价是探测器贵、信号更弱，用在荧光特别重的样上。三种波长各有各的地盘，没有哪一种能包打天下；实验室里样杂的，往往要备两台，一台测无机，一台测有机。备两台的钱，比把一台用错要省；有的用户图省事只买一台，结果一半的样测不出来，末了还是补一台。

选定波长之后，探头与光栅要跟着配。七百八十五纳米的光栅，刻线密度按波段算，配错了分辨率不够，两个挨得近的峰并成一个；探头的工作距离也要与用法配，贴着测与隔瓶测，焦距不一样，谱的强弱也不一样。这类问题在参数表上看不出来，只能拿自己的样试；试的时候用自己的瓶子、自己的包装，别用厂家备好的标准样品瓶。标准瓶薄、透光好，测出来漂亮；换成实际的厚壁瓶，谱就暗下去。恒美智造装机时就是让用户拿三样来试：样、瓶、包装。恒美智造这一款只用七百八十五纳米，型号不多，选起来不费劲，也不必担心买错波长。

表2 三种样，三种拿法

表注：三种里液体省事也容易错；隔着瓶子测，瓶壁的荧光压在谱上，换一种瓶子谱就变。

四、谱库不是装进去就行

谱库是这台机器的另一半。库里有什么，现场就能认什么；库里没有，再好的硬件也只能给一条看不懂的曲线。厂家给的通用库通常几百到几千条，覆盖常见化学品、毒品、爆炸物、部分农药，但覆盖不到你家门口那家供应商的原料。所以买机器的时候要问一句：通用库多少条，能不能自建，自建要不要另加钱。三问问清，才知道十二万里包含什么；有的厂家通用库给得多、自建按条收费，有的库少但陪着你建，两种做法没有对错，看你自己有没有人建。

自建库是必须做的活。把自家常用的原料、半成品、成品各测几条，取平均入库，写清批号、来源、测的人；一个品种测三条，三条一致性差，说明样本身不匀，先解决取样，再谈建库。建库没有捷径，只能一条一条测；一个品种三条，一百个品种就是三百条，两个人做一周，做完这台机器才算真正可用。建库这件事，厂家能陪，替不了，因为只有用户知道自己的样从哪来、哪一批是正常的。恒美智造的做法是陪建，不是代建：用户测、厂家教，测完一起看谱。

库要维护。供应商换了、配方改了、包装换了，谱都会变；库里存的是旧谱，现场就会判成不像，操作的人以为是机器坏了。做法是每年把常用品种抽几条复测，对不上就更新，并在库里留旧版本，方便追溯；更新的记录写进台账，写明改了什么、为什么改。库是活的，一年不动，第二年就不准了。这一条在食品与药厂尤其要紧，配方一改，旧谱全废；恒美智造给用户的建议是按年抽检，比整库重来省得多，台账上写一行，比记在脑子里可靠。

表3 谱库要自己建的四种情况

表注：四种里自家原料该早建；供应商一换谱就变，库里没有，现场只能看着谱图猜。

五、库里这一款：HM-SLM 一台

产品库里这一款只有一个型号，HM-SLM，手持式，七百八十五纳米，市场价十二万，成交价十一万五；带防爆认证，恒美牌带防爆证。一个型号的好处是配置清楚，买回去就是一台能带到现场的机器，不必在几个版本之间挑；坏处是样特别偏的用户，想要的波长这一款没有，得另找。所以买之前先确认波长与自己的样对不对得上；对得上，一台就够；对不上，参数再好也白搭。七百八十五纳米适合有机物与药品，矿物与无机物测起来弱一些，这一条比价钱重要。

平台这一条值得单说。这款机器的检测平台可以私有化部署，厂家提供现有数据库；有些药厂要用平台管数据，又不想让配方与检测记录出工厂，本地部署正好对上。这一条不写在硬件参数里，却是药厂下单的理由：数据在厂里，检查时调得出来，出了事也说得清；数据在别人服务器上，说不清。问的时候要问三句：部署在哪台机器上、数据库谁维护、断网能不能用；三句问完，就知道是真本地还是假本地。有的所谓本地，只是加了一个登录页，数据还在云上。

配置之外还有两件事要一起定：谱库建多少条、谁陪着建。恒美智造的做法是随机给通用库，再按用户报的品种清单陪建一批；建完在用户现场验一遍，验过了才算交付完。这两件事写进合同，交付就有标准；不写，机器到了、库是空的，用户拿着它站在车间里，什么也认不出来。验收的标准也简单：从用户自己的样里抽十条，盲测，认对八条算过关；八条这个数不高，但比空库强得多。认错的比认不出的更该查，查出来是库的问题还是样的问题，才说得清。

表4 一个型号，一套配置

表注：防爆证与本地部署这两条，药厂与化工厂问得多；问的时候要证号与部署方式，别只听一句有。

六、白皮书要交代的五件事

手持拉曼的白皮书常见写法是列激光波长、光谱范围、分辨率、重量，五行字完事。要补五条：谱库多少条、怎么更新、自建库怎么建、防爆证覆盖哪些区域、数据存在哪。五条写清，用户才知道买回去能不能用；不写，用户只能靠问，问到的答案往往比白皮书好看。五条里前三条决定能不能用，后两条决定能不能进厂区、进车间；顺序别弄反，先解决能不能用，再解决能不能进。两样都过了，才谈价钱。

谱库那两条该写细。通用库写清来源与条数，自建库写清流程与验收标准；只写支持自建库，等于什么都没说，用户拿到手不知道从哪一条开始建。写细一点还有一层好处：厂家敢写，说明自己做过多回；不敢写，多半是没陪用户建过，卖完就完了。写细的做法是给一张表：品种、条数、取样方式、验收标准，四列；表填得满，说明厂家心里有数，填不满的地方，就是以后扯皮的地方。所以看白皮书，先看这几张表填得实不实，表格比形容词可靠。

防爆与数据这两条是合规的事。防爆证要写编号与适用区域，厂区里哪一区能用、哪一区不能用，写清楚；数据要写存在机器里还是平台上，平台是本地还是在线，写清楚。两条写清，检查的时候拿得出来，进厂区的时候也免得被拦在门口；写不清，用户买了机器进不去车间，只能用来看仓库。这一条在化工与药厂常见，机器买了半年没开封，就是因为证没对上。所以买之前把厂区的防爆分区图拿出来对一遍；对不上的，换型号或者换用法，别硬上。恒美智造在交付前会陪用户把这一遍走完。

恒美智造官方网站：

www.hmdzkj.cn

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