在纳米科技飞速迭代的今天，单壁碳纳米管（SWNTs）凭借其卓越的电子与机械性能，成为纳米电子、储能器件、高端传感器等领域的核心材料。然而，金属型与半导体型 SWNTs 的混合合成特性，以及微尺度分离过程中动力学机制的模糊性，长期制约着其靶向应用的突破。传统表征技术要么无法实时捕捉分离动态，要么难以精准区分电子型差异，成为行业进阶的“卡脖子”难题。原位拉曼光谱技术的突破性应用，正彻底改变这一现状——尤其是在 PDMS 微流控凝胶色谱系统中的集成创新，让 SWNTs 分离与表征实现 “同步化、高精度、可视化”，为纳米材料纯化技术掀开全新篇章。

核心优势：拉曼光谱为何成为SWNTs分离的“黄金搭档”？

1.实时原位表征，捕捉动态分离全过程

传统技术需在分离后离线检测，无法追踪 SWNTs 与凝胶、分散剂的相互作用动态。而原位拉曼光谱可直接集成于微流控通道下游，通过 633 nm 激光源实时采集信号，无需中断分离流程，精准记录金属型（M1-M3）与半导体型（S1-S3）SWNTs 的洗脱轨迹，让分离动力学 “看得见、算得准”。研究结果表明，其可实时监测(G^-/G⁺)强度比的指数衰减过程，清晰区分金属型（衰减陡峭）与半导体型（衰减平缓）的洗脱差异，为动力学解析提供第一手数据。

图1：SWNTs的手性结构的电子特性：六角晶格定义了手性指数(n,m)、手性角(θ)与卷曲方向之间的关系，这些参数共同决定了特定SWNT是金属性的(红色)还是半导体性的(绿色)。图中着重标出了四种具体的手性状态一一(13,4)、(12,3)、(10,3)和(7,5)。

2. 高分辨率电子型区分，纯度验证 “零误差”

拉曼光谱的两大核心检测区域 —— 径向呼吸模式（RBM，100-300 cm⁻¹）与G带（1560/1590 cm⁻¹），是SWNTs 电子型鉴别的“金标准”。

图2： (a) 富金属单壁碳纳米管样品（上）与富半导体样品（下）在径向呼吸模式（RBM）区域的拉曼光谱，突显出四个特征手性峰：(13,4)、(12,3)、(10,3)和(7,5)。垂直虚线标示对应各手性峰的拉曼位移。(b) 金属富集与半导体富集组分中四种手性峰的相对强度比（%），对比常规色谱柱与微流控色谱柱结果。强度比差异证明基于电子类型的分离工艺能有效富集单壁碳纳米管。

金属型 SWNTs 的 RBM峰集中在250 cm⁻¹以下（如197 cm⁻¹、217 cm⁻¹），G带G⁻峰宽（47.45-73.17 cm⁻¹）、G⁻/G⁺比值 0.43-0.62；半导体型则对应RBM峰250 cm⁻¹以上（如 255 cm⁻¹、284 cm⁻¹），G⁻峰窄（18.75-24.21 cm⁻¹）、比值 0.20-0.30，通过峰位、峰宽、强度比的三重校验，实现电子型纯度的精准量化，远超传统离线检测的精度极限。

图3：(a)拉曼光谱对比显示金属含量丰富(M1-M3)与半导体含量丰富(S1-S3)的SWNT组分在广泛光谱范围内的差异，包括D、G和G'峰。堆叠图突显了对应于每个分离组分的不同光谱特征。(b)对G峰的放大视图，着重展示了各样品中的G和G+成分。金属含量丰富与半导体含量丰富组分之间峰位和形状的差异，表明了分离效果以及萃取过程中电子类型特异性相互作用的存在。

3. 无缝兼容微流控系统，桥接 “微尺度精度” 与 “规模化应用”

拉曼光谱的非破坏性检测特性，使其完美适配 PDMS 微流控凝胶色谱平台。无需改变微通道结构、不干扰洗脱流程，即可同步完成分离与表征，既保留了微流控 “低耗材、高可控、快扩散” 的优势（微流控柱分离速率常数是传统柱的1.3倍），又解决了传统凝胶色谱 “重分离、轻解析” 的短板，让微尺度研究成果能直接迁移至工业规模化生产，真正实现 “从实验室到生产线” 的技术落地。

图4：.对不同分离的SWNT样品(M1-M3用于金属富集组分，S1-S3用于半导体富集组分)中的G峰和G+峰的位置及FWHM(全宽峰高)进行了比较。上图为G峰和G+峰的分布情况，着重展示了因电子特性差异而导致的系统性位移。下图为G-峰和G+峰的FWHM值，显示金属富集组分的G-峰较宽。

4. 多参数联动分析，解锁分离机制 “黑箱”

通过拉曼光谱可同步获取 SWNTs 的手性、直径、电子态、相互作用强度等多维信息。文档中，科研团队借助 RBM 峰识别特定手性（13,4）（12,3）（10,3）（7,5），通过 G 带峰形变化揭示电子--声子耦合效应，结合速率常数归一化分析，明确了SDS浓度对分离效果的调控机制 —— 这一系列突破，均依赖拉曼光谱的多参数解析能力，让 SWNTs 与凝胶、分散剂的相互作用从 “模糊推测” 变为 “精准量化”。

5.适用场景：不止于 SWNTs，覆盖全领域纳米材料表征

纳米电子材料：半导体/金属型纳米材料的精准分选与纯度验证，助力高性能晶体管、芯片的研发；

储能领域：碳纳米管、石墨烯等电极材料的结构缺陷检测、电子态分析，优化电池储能效率；

传感器研发：纳米材料与目标分子的相互作用动态监测，提升传感器灵敏度与稳定性；

新材料合成：实时追踪纳米材料的生长、组装、分离全过程，加速新型功能材料的研发周期。

6.抢占纳米表征制高点，从选择原位拉曼开始

无论您是专注于纳米材料研发的科研团队，还是致力于高端器件量产的企业研发部门，原位拉曼光谱都将成为你突破技术瓶颈、提升核心竞争力的关键工具。它不仅能解决 SWNTs分离的“精准度” 与“实时性”难题，更能为各类纳米材料的表征提供“多维度、无损伤、高灵敏”的解决方案。

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文章连接：Beom, B., Jung, S.-C., Jang, W., Won, J.-K., Jeong, J., Choi, Y.-J., Moon, M.-K., & Han, J.-H. (2025). In situ Raman spectroscopy-enabled microfluidic gel chromatography for revealing real-time separation dynamics of single-walled carbon nanotubes. Polymers, 17(1), 93. https://doi.org/10.3390/polym17010093