年终盘点：拉曼光谱技术与市场新动向

　　虽然，拉曼光谱已经具有八九十年的发展历史了，但其实为人们熟悉也没有太长的时间。曾几何时，拉曼光谱仪是一款非常高端的仪器，体积非常庞大，价格也曾高不可及，一度被认为是科学家和学术研究者才可以使用的仪器。即使现在回忆起那个阶段，很多专家还在感慨，当时觉得拉曼光谱仪太专业了，就算有钱也不敢买。

　　而现在，随着仪器技术的发展，仪器体积越做越小，操作越来越简单，当然价格也已经有所下降，很多单位已经可以负担得起了，同时其应用范围也在不断地拓展。可以说，这个曾经只局限于少数人的光谱技术，已经从它的学术限制中解放了出来，而且发展速度越来越快。

　　新产品、新标准、新应用...拉曼光谱在过去的一年中表现得尤为活跃。鉴于此，仪器信息网编辑特别为大家盘点一下近期拉曼光谱领域的新动向。

　　拉曼光谱仪已成为分子光谱中发展最快的一类仪器

　　1928年印度物理学家拉曼(Raman)首次在实验中观察到拉曼散射光，因此荣获了1930年的诺贝尔物理学奖;虽然1928年到1945年之间，拉曼光谱在物质结构的研究中发挥了重要的作用，但由于信号弱等问题，在之后的十几年中几乎止步不前;直到上世纪60年代，激光技术的出现显著增强了拉曼信号，重新为拉曼技术的研究注入了新的活力;而1974年，Fleischmann 等人第一次在吡啶吸附的粗糙银电极上观察到表面增强拉曼(SERS)信号，之后掀起了拉曼研究的新热潮...

　　材料领域一直以来都是拉曼的“主战场”。说是“主战场”，是因为材料科学是拉曼最“老”的一个应用领域，同时也是研究得相对最成熟的一个领域。而且材料领域的研究对拉曼光谱分析手段的依赖程度也比较高，很多专家反映，现在拉曼已经成为材料科学研究领域必不可少的分析手段了。

　　而现阶段，SERS是拉曼光谱研究领域当之无愧的热点，国内外皆如此。据悉，仅就“表面增强”一个关键词搜索，每年发表的相关学术论文已经达到2000多篇。对中国来说，80年代初就开始了SERS的相关研究工作，近几年踏入这个领域的研究人员几乎呈指数增长。而仪器信息网编辑在2015年也特别留意了一些课题组的研究动向，汇总了部分课题组在拉曼光谱方面的研究成果《拉曼最新研究成果盘点》。从中我们也可以发现，“表面增强”几乎渗透到了每一个课题组的研究工作中。

　　“增长速度快”几乎是所有人对拉曼光谱市场的共同的评价，Grand View Research最新研究报告显示，2014年，拉曼光谱市场价值超过1.3亿美元，显示高潜力的增长，预计到2022年之间复合年增长率将超过8.5%（更多）。同时，一份Transparency Market Research (TMR)的有关全球过程光谱的市场研究报告显示2012年在全球过程光谱学市场中，拉曼光谱占据了17.1%的市场份额，并预测拉曼光谱增长速度最快。其中特别强调，由于拉曼光谱无损的特点，在分析过程中对产品的化学结构不会产生影响，因此在制药、食品和农业等领域的应用越来越广泛，有望呈现指数增长（更多）。而在《光谱分析技术及仪器的现状和发展》(BCEIA 30年看光谱分析仪器发展)中也明确指出拉曼光谱无疑是分子光谱类仪器中发展最快的一类仪器。

　　对中国来说，虽然相关研究起步晚于欧美国家，但是近年来也得到了很大的发展。Ramdane BENFERHAT博士(HORIBA第一届拉曼学院，2014年)接受仪器信息网采访时就曾经谈到，“目前从销售额方面来说，中国拉曼光谱仪市场每年增长速率为4-8%，从台数上来说每年增长10-20%。根据现在的情况估计，中国市场每年拉曼光谱仪的销售量为200台左右(不包括手持式产品等)，5年之后预计每年的市场销售台数将达到800-1000台。”（更多）其实，这一点从仪器信息网专场的数据也可以略见端倪，据统计，2015年，激光拉曼光谱仪器专场PV提升7.5%，留言量增长4%。

　　科研成果逐渐“落地”

　　近年来，在拉曼光谱相关仪器方面的研究也取得了系列进展，其中在BCEIA2015的“国家重大科学仪器设备开发专项阶段性成果”专区中，《等离激元增强拉曼光谱(PERS)仪器研发与应用》和《便携式薄层色谱━拉曼光谱联用仪及其药品快检支撑系统》两个国家重大仪器专项分别展出了最新的成果。

　　厦门大学为牵头单位的《等离激元增强拉曼光谱(PERS)仪器研发与应用》专项展出了LE-1增强模块、SE-1增强模块、便携式食品安全现场快速检测系统、便携式环境重金属现场快速检测系统、便携式化学涉恐危险品现场快速检测系统、便携式毒品现场快速检测系统及TERS针尖等产品。据介绍，该项目的部分增强模块已经在销售，便携仪器正在进行认证。

　　2012年的国家重大仪器专项《便携式薄层色谱━拉曼光谱联用仪及其药品快检支撑系统》由中国人民解放军第二军医大学牵头承担，陆峰博士为项目牵头单位负责人，上海科哲生化科技有限公司承担薄层色谱仪器开发与产业化的主体工作，上海仪电分析仪器公司也承担产业化任务。该项目将薄层色谱与拉曼光谱技术有机结合，成功研制出世界首台高性能、全自动薄层色谱-拉曼光谱联用仪。同时依靠多策略、全流程、可视化的网络药品快检支撑系统，将为我国药品，乃至食品、化妆品等复杂体系的分析提供一种新的解决方案。而且根据最新消息，继2015年10月份在BCEIA 2015展出后，国内自主研发的首台便携式薄层色谱-拉曼光谱联用仪经政府招标采购的方式，2016年1月6日正式列装山东省食品药品检验研究院。

　　此外，继2013年首台“活体单细胞拉曼分选仪”(简称RACS)样机在中科院青岛能源所验收之后(该项目在青岛能源所山东省能源生物遗传资源重点实验室徐健研究员和青岛能源所兼职研究员、英国谢菲尔德大学黄巍副教授主持下，由中国科学院青岛生物能源与过程研究所功能基因组团队与北京惟馨雨生物科技公司联合攻关完成)，2015年，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心在基于微流控的单细胞拉曼流式分选技术研究中又取得新进展，由研究员徐健和马波领导的研究团队开发了一种基于阵列介电单细胞捕获/释放的快速拉曼识别技术，首次建立起基于介电单细胞捕获/释放的单细胞拉曼流式分选原理和装置，为下一步发展高通量拉曼流式细胞分选仪器奠定了原理和关键技术基础。

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　　青岛能源所单细胞拉曼流式分选技术研究获进展

　　由科研到应用 分析型仪器增长明显

　　过去很长一段时间，拉曼光谱仪被认为是高端仪器，几乎仅限于学术研究。而随着激光器、CCD检测器等技术的发展，仪器体积越来越小，操作越来越简单，同时也越来越多地应用到各领域中去。总体来说，目前拉曼光谱仪在向科研型和分析型两个方面发展，一方面向高端研究方向发展;另一方面，向药品检测、食品安全等领域渗透，这一点在便携/手持拉曼方面表现的特别明显。

　　在高端产品方面，拉曼光谱仪慢慢走向成熟，同时在超低波数、透射拉曼、拉曼光镊技术、TERS等方面取得了系列进展，使科学家在新材料(如低维纳米材料)、药物API分析、化妆品、生命科学领域的研究中获得前所未有的信息，同时也推动了拉曼技术在这些领域中的应用。当然，对高端拉曼来说，一些光学元器件的性能还需要继续提升，据中科院半导体所谭平恒研究员介绍，满足普遍实验需求的拉曼滤光片已经扩展到近紫外波段，如氦镉激光器的325nm，但是拉曼滤光片在紫外和深紫外波段的性能仍然受到镀膜技术的显著影响。另外，反射率高达99%以上的大面积高性能的平面和球面反射镜因为镀膜技术限制还没有被应用到拉曼光谱仪上。一旦这些仪器元器件能制备得更好，拉曼光谱仪的整体性能还会有突飞猛进的进步。

　　相对于高端产品，分析型拉曼光谱仪器的增长更为明显，近几年拉曼光谱仪在应用市场方面的拓展就很好地阐述了这一发展趋势。几年之前，拉曼光谱仪只应用在材料科学领域，但现在化学、催化、刑侦、地质领域、艺术、生命科学、材料科学等各个领域，甚至有一些QC领域也已经开始使用拉曼光谱仪了。可以说，拉曼光谱仪现在的应用市场已经发生了翻天覆地的改变，这一点在相关的学术会议中体现的尤为明显。

　　此外，一些单位也已经开始关注拉曼光谱仪和不同仪器的联用技术，这无疑为仪器的应用开拓了新的发展方向。除了国家重大仪器专项《便携式薄层色谱━拉曼光谱联用仪及其药品快检支撑系统》的项目外，很多厂商也在进行相关方法的开发，如布鲁克的AFM和雷尼绍的拉曼光谱仪联用;在Pittcon 2015上美国ATS公司(Acu Tech Scientific Inc)还展出了最新的拉曼产品AcuScan 1500，据介绍，该产品将Raman与HPLC相结合，既可以实现定性也可以实现定量分析。

　　仪器新品“层出不穷” 便携/手持拉曼引领行业热点

　　随着技术的发展以及实际应用需求的变化，小型化已经成为分析仪器的发展潮流之一，这一点在拉曼光谱仪领域表现的尤其活跃，可以“拿出去”、应用到各行各业的便携拉曼光谱仪的需求增长日益明显。

　　正是看好了这样的市场商机，很多厂商都已经开始了相关产品的布局，如赛默飞、必达泰克、海洋光学、日本理学、TSI等已经在这个领域耕耘多年，2015年，布鲁克、岛津、瑞士万通等很多厂商也纷纷迈入这个行业，带来了新的产品和技术。

　　其中，赛默飞推出了Gemini手持式红外/拉曼二合一分析仪，将拉曼和FTIR 技术结合在单台仪器上，实现拉曼和红外的互相验证和补充;针对荧光干扰这个技术瓶颈，布鲁克推出了基于SSETM(连续移频激发)专利技术的BRAVO便携拉曼光谱仪;而为了满足现场快速检测日益增长的需求，岛津推出了RM-3000便携拉曼光谱仪;此外，日本理学推出了采用1064nm波长激光的Progeny ResQ手持式拉曼光谱仪;必达泰克推出了深致冷超高速智能便携拉曼光谱仪i-Rman Pro;美国BioTools公司推出了全球首创的u-Raman便携式显微拉曼分子光谱成像系统和u-BioRaman便携式生物分子显微拉曼分子光谱成像系统(该款产品由手性振动光谱先驱Prof. L.A. Nafie教授带领的专家团队研发而成)。

　　值得一提的是，赛默飞的Gemini手持式红外/拉曼二合一分析仪和日本理学的Progeny ResQ两款仪器还荣获了2015年R&D 100大奖。

　　便携/手持拉曼光谱仪由于使用方便，价格便宜而受到不少单位的青睐。通过对中国政府采购网上有关便携/手持式拉曼光谱仪的不完全统计，发现制药等领域对该类仪器的采购最多，公安部门的安全检测等也在选购相关的仪器（哪些单位在采购便携/手持式拉曼光谱仪?）。不过，相比于大型共聚焦拉曼仪器，便携/手持式拉曼仪器的灵敏度等还有一定的局限性，其应用还受到一定程度的限制。因为在实际应用中，不仅要求检测快速，而且重复性要非常好。此外，仪器硬件、软件等方面的集成还需要进一步加强。

　　总体来说，虽然便携/手持拉曼光谱仪这个市场还比较年轻，只有10多年的发展历程，但现在已经“如火如荼”。很多专家和厂商都表示，一旦某个应用领域得到突破，其市场应用前景将不可限量，现有的市场需求很容易就会翻番。

　　“标准先行”已经起步

　　对于仪器方法的推广来说，标准显得格外重要。标准先行，不仅可以促进应用市场的拓展，还可以引导产品技术的发展。在一定程度上，拉曼光谱相关标准的滞后也在一定程度上限制了该类仪器的推广应用，不过现在情况已经有了一定的改观，相关的标准制定工作也在加紧进行中。

　　其中，2015年8月份，国家质检总局发布了拉曼光谱仪校准规范(JJF1544-2015)，由中国计量科学研究院和山东省计量科学研究院起草制定，2015年11月15日实施;2015版中国药典也将拉曼正式以检测方法列入药典附录，提高到了与红外同等的位置;在中国仪器仪表学会标准化工作委员会(SCIS)制定的团体标准中，其中一项就是《激光拉曼技术玉石矿物检测仪器》;2015年12月30日，福建省质监局在福州组织召开了由福建计量院、厦门大学、厦门市普识纳米科技有限公司共同起草的福建省地方标准《便携式拉曼光谱快速检测仪》专家审定会，与会专家一致通过了对该标准的审定;而鉴于目前标准制定工作的进展和需要，中国仪器仪表学会特成立激光拉曼技术相关仪器仪表的“中国仪器仪表学会标准化工作委员会激光拉曼专业技术委员会”(2016年1月4日)。

　　对厂商来说，在方法开发等方面的工作也在如火如荼的进行着，其中赛默飞联合深圳市疾病预防控制中心，基于正常油脂和废弃油脂拉曼谱图特有的差异性，建立了快速筛查地沟油的新方法。据悉，该方法已经通过了认证。

　　新的应用已经在路上...

　　从2000年左右的碳管，到现在的石墨烯研究，拉曼光谱技术的发展与新兴材料的研究密不可分。由于拉曼光谱具有不需要大量样品制备工作等优势，其应用领域甚至已经超过了红外，并正在开拓新的应用方向，比如制药、生命科学、爆炸物安全检测、毒品、文物研究等各个方面。而且在一些国际型的学术会议中，如第24届国际拉曼光谱学大会 (24th ICORS)、第十八届全国光散射学术会议(18th National Conference on Light Scattering)以及由HORIBA科学仪器事业部与厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室共同主办的第三届国际拉曼前沿技术高端论坛(RamanFest)(2015年)等，这些热点已经得到了非常明显的体现。

　　在这里要特别提到的是，拉曼光谱仪在生物和医学领域的应用也逐渐崭露头角。特别在癌症的早期诊断和拉曼辅助手术方面已经为大家勾画了美好的蓝图，其中后者在德国的研究比较多，或许未来内科医生要和分析化学家、仪器工程师一起工作了。当然，这些现在还都处在实验阶段，也许它还不会很快来临，或者距离还比较遥远，可是已经给大家呈现了一个值得期待的有发展潜力的应用方向。

　　对我国来说，拉曼光谱在生命科学方面的应用相比国外要晚一些，但现在也已经有不少课题组踏入了这个领域。当然，实际研究过程中还存在不少问题，比如很多做化学的人不了解代谢的机理，亦或做生物的人很难解析拉曼谱图等。尽管如此，拉曼光谱在生命科学中的应用依然“魅力无限”。