楊軍濤先生：從精密制造到拉曼光譜

——第十五屆全國分子光譜學學術會議儀器廠商訪談

光譜學在我國已經歷了幾十年的歷程，光譜儀器的發展也從另一個角度見證了光譜學科的發展史。第十五屆分子光譜學學術會議勝利召開之際，我們對參展的廠商做了一些即興的采訪，希望能從另一個角度來詮釋和紀念我國光譜學發展的三十年。

在采訪雷尼紹公司時，我們有幸見到了雷尼紹公司的拉曼技術經理楊軍濤先生，楊先生本人是光譜的技術專家，他娓娓道來，為我們展開了一幅描繪光譜技術發展的畫卷。

楊軍濤先生：從精密制造到拉曼光譜

記者：請您簡單地介紹一下雷尼紹？譬如說她在拉曼領域的地位，歷史等等。

楊先生：雷尼紹的歷史非常長，我們涉足拉曼領域大概有15年左右，90年代初，和利茲大學合作，搞新型的拉曼光譜儀器的開發。雷尼紹在拉曼光譜的行業有歷史性的意義，傳統的拉曼光譜儀的一個關鍵設計，是依靠多光柵系統分光來濾除干擾的銳利線，收集拉曼光譜。但系統的效率非常低，所以傳統的拉曼光譜需要大功率激光器和多級光柵。一般的樣品禁不住激光的照射就燒掉了，所以能夠普及的效率很小。雷尼紹利用了新的濾光片技術，當時這種濾光片用于軍事，對于特定波長的激光有很高的反射效率，但是波長變了，它的透過率又非常高，即具有很單一的選擇性。利用濾光片后，不再用光柵分光了，它的效率得到幾個數量級的提高。從此以后，拉曼光譜儀一下子上了一個臺階，其應用就迅速地普及開了，現在可以說能應用到任何領域：制藥、公安、材料、表面增強、生物、催化等各種領域，都可以應用拉曼光譜。

從雷尼紹儀器本身的特點來講，發明這種新型光譜儀時剛好趕上幾大技術的革命，計算機技術、CCD技術，在90年代初都獲得突破的發展，所以說雷尼紹的起步非常高。加上它發明的ZL技術和這些技術的配合，所以雷尼紹的光譜儀有明顯的優越性。這么多年來，雷尼紹光譜儀在新型光譜儀領域一直處于領先地位，如果你在網上搜索：“雷尼紹 拉曼光譜”，你會看到很多文獻和報道。

記者：那雷尼紹就成立在80年代末90年代初么？

楊先生：雷尼紹公司的歷史很長，開發光譜儀是在90年代初。

記者：那雷尼紹公司其它部分專注在什么領域？

楊先生：雷尼紹最有名的是做精密測量和精密加工，比如利用激光的干涉原理，去做距離和空間的測試。應用如對于航天飛機，它的一個骨架有幾十米長；而由于航天飛機的特殊性，對它的加工精度要求特別高，一般機械的尺子測量是遠遠不夠的，所以我們就利用激光精確的干涉原理，可以把它的長度測得非常精確。幾十米大的部件，精確程度可以達到微米量級以下。所以現在世界上精密加工行業，譬如說飛機制造、汽車制造等等，雷尼紹的產品特別多。我們其中有一個產品叫做觸發式測頭，它是搞工件的三維測量的，現在占到全世界80％的市場，基本上壟斷了這個領域。

記者：精密加工剛好是中國比較缺的一項技術。前段時間，我經常聽致力于做中國質譜的研究者說，四極桿的加工和裝配中國根本做不了。即使做，成品率非常低，導致最終加起來比買進口的還要貴。請問有這種現象嗎？

楊先生：確實是有這種現象。不但是貴，而且現在國外很多公司的產品對中國都是禁運。國外有些公司做這些確實是很成熟了，但他對中國就是禁運。當然，我們也在做一點對中國精密制造有利的事情。

記者：這次雷尼紹展出的主要是什么產品和技術？今天到場的用戶比較關心這些產品的哪些性能？

楊先生：對于拉曼光譜，最關鍵的一個問題就是靈敏度。因為拉曼光譜，從原理及應用歷史來看，它的信號弱是一個最大的矛盾；所以儀器的靈敏度就成了用戶普遍關心的一個問題。各個拉曼光譜儀的生產廠家都在竭力去解決這個問題，盡量提高儀器的通光效率，提高它的靈敏度。雷尼紹從一開始涉足這個領域，就首先把提高靈敏度擺在第一位。所以它從譜儀的設計到新技術的發展和開發，都著重于提高它的靈敏度。目前在市場上，在相同條件下，雷尼紹產品的靈敏度可以說是最高的。

記者：能給我們普及一下，拉曼光譜儀的靈敏度水平是在什么級別上？換言之就是說能測到多少毫克或微克的樣品？

楊先生：從這點來說，拉曼和其它的儀器設備有很大的差別，拉曼沒辦法用這種方式來表達。因為不同的物質，雖然都有拉曼光譜，但是它們對拉曼的激發的活性千差萬別。說到最好的靈敏度，比如目前流行的納米管研究領域，單根納米管一般直徑大約幾個納米～幾十個納米，可能不到一微克，拉曼光譜測定單根碳納米管已經很普及了，即都能測出來，雖然信號比較弱。

記者：那么雷尼紹的光譜儀從設計到開發上，是如何提高儀器的靈敏度的呢？

楊先生：首先雷尼紹光譜儀的設計和其它廠家的區別是：它所使用的收集光的方式是聚焦透鏡，在九十年代以前，透鏡的材料和加工技術都不行，很難達到比較好的聚焦效果和比較高的通光效率。后來在1991年，在我們開發譜儀的時候，增透技術和大尺寸鏡頭的加工技術都達到了比較高的水平。以前都是用凹面反射鏡來收集光譜，但是凹面反射鏡是一塊金屬鍍膜，金屬鍍膜能達到的最高反射效率也只是90%多一點，但是透鏡后來能達到97%～98%，基本上就是全透了。所以這一點是雷尼紹設計光譜儀時比較好的特征。

其次，隨著應用領域的拓寬，對光譜儀的要求配一個激光已經不行了，通常一臺儀器要好幾個激光，那么對光學元件的要求也不一樣了。如果幾個激光全用一套元件，將會導致有的激光效率高，有的效率低。雷尼紹采用分立光路，也就是說一個激光就配備一套光路。現在很多科研工作者都是一套儀器兩個激光、三個激光，如果采用分立的光路，每個波長的激光都能達到很高的效率。通過這個可以提高儀器的整體效率。

拉曼光譜技術的發展方向

記者：現在利用拉曼光譜儀的一些主流的技術發展方向有哪些呢？

楊先生：這些年新技術的發展方向主要有兩個方向，一個是針對老概念做的表面增強技術（SERS），到現在的針尖增強技術（TERS）。這方面的工作主要來自于研究者，他們做了很多的工作，開發了一些增強技術，一些增強試劑。

另外一個方向是我們今天的Poster展示的，涉及到更廣的測試范圍如近紅外。拉曼主要集中在紫外到近紅外這個波段，到紅外一個微米以上的波長，傳統的儀器就不行了，所以就必須加以改造，加第二個探測器；還有就是和其它的分析手段聯用。今天展出的這款儀器就是和傅立葉紅外聯用。因為紅外的空間分辨率比較差，聚焦的光斑比較大；拉曼空間分辨率比較好。把這兩個結合起來，同一個微區，紅外和拉曼光譜能同時獲得。

另外還有成像。紅外成像非常普遍，可以直觀地反映結構的空間分布；拉曼的成像技術這幾年也發展起來了。與紅外相比，它能更精細、更準確地反映結構的信息。比如說一個晶格局部有缺陷，這種紅外很難反映出，但是用拉曼就可以很清晰地反映出來。

聯用技術也是一個方向。比如拉曼和掃描電鏡聯用，在獲得微區形貌特征和元素特征的同時，還可以獲得它的化學結構信息。即大型技術聯用也是將來一個發展方向。

記者：您剛才提到了聯用技術，那么聯用技術的困難在于什么呢？

楊先生：聯用技術一直是廠商多年來致力于做的一件事情。但是由于既要不破壞原來的功能，又要獲得您想要的數據，這確實是一項技術難度很大的事情。

記者：現在拉曼有沒有和色譜聯用呢？

楊先生：目前還沒有色譜和拉曼聯用的儀器，但從技術上，色譜和拉曼聯用是可以實現的，拉曼比紅外的速度還要快。推動這項技術的實現還在于用戶，如果用戶有這種需求，廠商就會去做。如果說到在線檢測，類似的技術已經有了，比如做催化研究的，它實際上是一個在線過程，樣品就是從管道中通過的，拉曼就可以在管道上面有一個窗口，實現實時檢測。

記者：今年光譜會議的一個主題是紀念我國光譜發展30年，在這種背景下，想問問您最想對大家說什么？

楊先生：說句實在的，最希望民族工業能把這種高、尖、精的儀器研發出來，為國內的科研工作者提供更好的支持。

附：
雷尼紹（香港）有限公司簡介

雷尼紹公司在計量學和拉曼光譜儀器領域居世界領先地位。總部 (Renishaw plc) 位于英國倫敦西部的格勞斯特郡(Gloucestershire)。她是一家跨國公司，在世界各地有14家子公司。公司約有雇員1500多人，年銷售額為125,300,000英鎊(2001年度)。雷尼紹(香港)有限公司主要負責東南亞及澳新地區的業務，中國大陸的業務由雷尼紹(香港)有限公司歸口負責。

公司的主要產品有：實驗室研究用拉曼光譜儀和工業在線用拉曼光譜儀、激光器和CCD探測器;坐標測量機上的測量系統，工件安裝基準設定;在機對刀系統及在機零件檢驗;掃描和數字化系統;機床測量和校準用的激光干涉儀和球感儀系統;高精度定位反饋編碼器系統(鋼帶光柵尺)等產品。雷尼紹公司是通過了ISO9001質量認證的單位。
　　
在拉曼光譜儀領域，雷尼紹公司與英國的利茲大學(Leeds University)合作，在世界上首先研制成功新型的激光共聚焦顯微拉曼光譜和光譜成像儀，領先革新了拉曼光譜技術。因此，于1993年獲得查爾斯王子科學發明獎，1995年獲得英國女皇技術獎和最佳科學儀器制造商獎。在此后的十幾年中，雷尼紹公司在技術革新上始終保持著領先地位。
　　
雷尼紹激光拉曼光譜儀以其配置靈活性，高靈敏度及可靠性，成為用戶的首選設備。
　　
2003年，雷尼紹公司推出了配置更加靈活，使用更加簡單，自動化程度更高的InVia系列拉曼光譜儀。用戶可根據自己的需求選擇不同的功能模塊，及相應的自動化程度。inVia系列顯微激光拉曼光譜儀的最高配置 - inVia Reflex提供上述包括全自動化的所有功能;其它的inVia系統隨時可以逐步升級至inVia Reflex。所有的inVia拉曼系統把具有極高的靈敏度作為標準，將配置靈活和高靈敏度集中于同一套拉曼譜儀上。

分布在世界各地的子公司和代理商為用戶提供優質服務和技術支持。

專題：第十五屆分子光譜學學術會議