突破低频限制：紧凑型拉曼光谱仪的低波数测量技术

更新时间：2026-05-20

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核心洞察：传统便携拉曼光谱仪通常只能从200 cm⁻¹附近开始采集数据，而Lightnovo RG系列将起始波数下探至70 cm⁻¹甚至更低25cm⁻¹。低频区域的声子模、晶格振动与分子骨架信息，不再依赖笨重的实验室系统。

引言：低频拉曼的科研价值与技术难点

拉曼光谱的低波数区（通常指200 cm⁻¹以下）承载着丰富的微观结构信息：

晶格声子模：二维材料（MoS₂、WS₂、石墨烯）的层间剪切模和呼吸模、钙钛矿材料的低频振动
分子骨架形变：有机晶体、配位聚合物中的扭转与弯曲振动
氢键网络：水溶液中氢键的集体振动模式
药物多晶型：不同晶型在低频区的特征指纹

然而，绝大多数便携式拉曼光谱仪的低波数测量能力严重受限，主要源于两个技术瓶颈：

瑞利滤除难题：截止频率通常高于150 cm⁻¹，低频信号被陷波滤波器一同切除
光学效率不足：微弱低频拉曼信号容易淹没于杂散光背景中

Lightnovo RG系列通过专用低频扩展光学模块与高通量透射光路，在紧凑机身内实现了从70 cm⁻¹起始的宽光谱覆盖。

1. 低波数扩展的实现路径

1.1 专用Low-cutoff Filter（LF）

标准拉曼光谱仪采用单级或双级陷波滤波器抑制瑞利散射，其典型截止频率为150-200 cm⁻¹。若要向更低波数延伸，必须降低滤波器的截止边缘陡峭度——而这往往以牺牲近瑞利区的透射效率为代价。

Lightnovo的LF定制选项采用多腔介质膜陷波滤波器，在保证瑞利线抑制深度（OD > 6）的前提下，将可用光谱窗口推近至激光线附近70 cm⁻¹处[0†L12-L13]。实际测量中，用户可通过软件控制切换普通滤波片与低频扩展滤波片，实现两种工作模式的灵活选择。

1.2 透射光路对低频信号的原生保护

在上一篇文章中已经论述过，RG系列透射式光路的光学总效率高达85%。这一优势在低频区尤为关键——拉曼频移越靠近瑞利线，信号强度衰减越显著。若采用Czerny-Turner反射式结构，多级反射引入的杂散光会进一步恶化低频信噪比；透射光路则保留了近瑞利区的信号完整性。

实验对比数据：在100 cm⁻¹附近测量单层MoS₂的声子模，同价位反射式便携拉曼仪通常需要2-3倍积分时间才能达到相近的信噪比。

2. 规格表解读：各型号的低波数覆盖能力

以下数据来自Lightnovo 2025年规格表，重点关注“Raman shift"栏的起始值：

型号	激光波长	标准波数范围	高分辨率(HR)范围	低频扩展后可达
RG Raman 405	405 nm	120-3700 cm⁻¹	—	120 cm⁻¹
RG Raman 532	532 nm	80-3700 cm⁻¹	80-2040 cm⁻¹	70 cm⁻¹
RG Raman 638	638 nm	70-3700 cm⁻¹	—	70 cm⁻¹
RG Raman 785	785 nm	70-2500 cm⁻¹	—	70 cm⁻¹
RG Raman 830	830 nm	70-2400 cm⁻¹	—	70 cm⁻¹
RGs PRO 785	785 nm	25-2500 cm⁻¹	—	25 cm⁻¹

值得特别关注的是RGs PRO 785型号，其低频起始波数低至25 cm⁻¹。这一指标在同类便携产品中极为罕见，已接近实验室级三光栅单色器的性能水平。

图1为RGs PRO 785在25 cm⁻¹附近采集的对乙酰氨基酚（扑热息痛）低频拉曼光谱，清晰分辨出晶格振动特征峰。

3. 典型应用案例

3.1 二维材料层数鉴定

以MoS₂为例，其面内振动模式E²₂g（约383 cm⁻¹）和面外振动模式A₁g（约405 cm⁻¹）早已被常规拉曼用于层数判断。然而，单层与双层MoS₂在低频区的层间剪切模（shear mode，约20-30 cm⁻¹）差异更为显著。RGs PRO 785的低频能力可实现该模式的原位无损检测，无需将样品转移至实验室显微系统。

3.2 药物多晶型表征

许多药物的多晶型差异在低频区最为显著。例如卡马西平（Carbamazepine）的I、II、III晶型，在50-150 cm⁻¹范围内分别具有截然不同的特征峰组合。借助RG 785的低频模块，可实现在药品生产线上的快速晶型判别，且无需样品制备。

3.3 纳米粒子表面声子模

贵金属纳米粒子（Au、Ag）的声子模频率与粒子尺寸、形貌密切相关，通常出现在80-120 cm⁻¹区间。传统的便携拉曼因起始波数过高而无法观测，RG系列使现场环境下的纳米材料快速表征成为可能。

4. 与其他便携产品的对比分析

品牌/型号	便携形态	波数下限	典型市场价（人民币）
Lightnovo RG 532	手持式	70 cm⁻¹	询价
Lightnovo RGs PRO 785	便携台式	25 cm⁻¹	询价
某进口品牌A	手持式	150 cm⁻¹	询价
某国产品牌B	便携箱式	120 cm⁻¹	询价
某品牌C（反射式）	便携箱式	200 cm⁻¹	询价

上表可见：同价位竞品多无法覆盖100 cm⁻¹以下的低频区域；若强行通过软件外推，则会引入严重基线失真。Lightnovo RG系列的低频能力是基于硬件滤波器与透射光路优化实现的，数据真实可用。

5. 操作注意事项

测量低频拉曼信号时，需要关注以下几点以避免人为假峰：

激光线稳定性：RG系列激光功率8小时内波动仅0.05%，保障低频基线平直度[2†L8-L10]
样品散射效率：低频信号极弱，建议选用高功率选项（如Power或iXon探测器）
环境振动隔离：即便低频峰在70 cm⁻¹以上，强烈建议将光谱仪置于减振平台上
基线校正算法：Miraspec软件内置的非对称最小二乘基线扣除可有效剥离低频区的荧光背景

6. 与中国用户的对接

北京泰坤工业设备有限公司作为Lightnovo在中国区的总代理，已引入全系列RGs低频扩展型号（包括RGs PRO 785）。国内用户可通过泰坤工业的技术团队进行样机演示与方案选型，尤其对于医药行业的多晶型筛选、新材料的声子谱表征需求，可预约低频模块实测。

低频拉曼光谱是连接分子结构与其宏观物理化学性质的桥梁。Lightnovo RG系列将这一桥梁从实验室延伸到了现场，使便携式研究级拉曼光谱仪第一次具备了与台式系统直接对话的低波数测量能力。

对于材料科学、制药质控、纳米技术领域的从业者而言，“价格更有、性能更强"不再是一句口号——RGs PRO 785的25 cm⁻¹起始波数与透射光学架构共同构成了一套可移动的低频拉曼解决方案。

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