苹果树生长好不好？便携式SERDS拉曼光谱仪一测便知

　　来自Ferdinand Braun研究所（德国，柏林）的研究人员已经成功地在瑞士的一个苹果园展示了一种便携式移频激发差分拉曼光谱(SERDS)系统。这种类型的系统通常被限制在实验台上，部分原因是因为移动带有高精度激光光源和光谱仪的敏感设备到恶劣的环境中是很困难的。然而，最主要的问题是背景阳光以及样品荧光。研究人员展示了如何应用SERDS克服辐射问题。

　　拉曼光谱是确定许多物质分子指纹的一种很好的方法：机场爆炸物，手术室的癌细胞或是超市不新鲜的牛排，他们都可以通过关键部件为拉曼光谱的仪器进行表征。该方法无需标记，亚微米空间分辨率无损检测，对于生物医学特别有用。

　　在SERDS中，由两个波长稳定的单模激光器激发的对应拉曼光谱被记录下来。第二个激光器的波长只是稍微偏移，所以是拉曼光谱。通过扣除每个拉曼光谱的本底辐射和可消除荧光，差分光谱积分后所得到的拉曼光谱信噪比要比测量得到的拉曼光谱好一个数量级。

　　SERDS探头的总尺寸是100 x 28 x 12 mm。它配置了双波长二极管激光器和微型光学系统。

　　Ferdinand Braun 研究院的SERDS系统是基于双波长激光二极管的。手持探头的尺寸与激光指示器差不多，发射的激光波长约为785nm。芯片在相差0.62 nm (10 cm-1)（相当于典型的拉曼峰的宽度）的两个波长中间交替。探头激发拉曼光谱功率达120mW。来自目标物的辐射被高NA透镜采集起来，然后通过光纤发送到手持式光谱仪。光谱仪，二极管电源和电池放置在一个保护外壳中，检测结果显示在一个坚固的便携电脑上。

　　精准农业中的现场测试

　　该传感器系统的研制是由作为欧洲农业研究计划一部分的德国研究计划资助的。该基金的目标之一就是精准农业工具的开发，在农业上施肥依赖于农作物内在的变化。有了这一点，该系统在瑞士的一个苹果园进行了现场测试。研究人员选择苹果和苹果树叶进行了SERDS测量。对果实表面的薄层蜡的特征光谱进行了测定。测试只需一秒钟的积分时间，可以从环境光中成功降低背景。

　　苹果树叶是在树上进行测量的。光谱表现出强烈的叶绿素以及日光背景信号的荧光。因此，单积累时间减少到0.2s来避免干扰探测器。通过扣除两个拉曼光谱，感兴趣的拉曼谱线从干扰中清晰地分离出来。

　　Ferdinand Braun研究院的研究人员开发的便携SERDS系统在瑞士的一个苹果园进行了测试。

　　基于这些现场测试，研究人员认为便携的SERDS系统适合其他的快速户外拉曼调查，几个合作伙伴已经表示有兴趣进一步发展该系统。