爆炸物、毒品的标准拉曼谱图库的建立及自动检索系统

采集31种爆炸物和73种毒品的标准拉曼谱图,分析其谱图,选出适合作为搜索条件的光谱范围。通过编程,建立标准拉曼谱图库和自动检索系统。在选定光谱范围内,拉曼谱图库选择信号较强的特征峰,进行曲线拟合,将获得的峰位置、相对峰强等数据作为参数写入标准拉曼谱图库。通过自动检索系统将未知拉曼光谱与数据库中的标准谱图进行分析比对,搜索软件自动给出正确结论。数据库具有添加、删除、备份、恢复等辅助功能,并具有自动扣除荧光背底,优化拉曼光谱图等功能。本文进一步分析了可能对分析比对结果造成影响的因素。     

拉曼光谱对几种宝玉石矿物真伪的鉴定

借助拉曼光谱技术手段,对市场上购买的几种宝玉石进行鉴定。通过对它们的拉曼光谱的详细分析结合其表面显微图片,发现真货与赝品的谱图有明显差异,可以明显区分出玉石的真假。用拉曼光谱可以实现对宝玉石的真伪进行无损、准确、快速的鉴定。     

激光拉曼光谱法无损分析鉴别川贝母

利用激光拉曼光谱技术快速、准确鉴定川贝母与其混淆品。根据药材所含的化学成分不同,致使药材的拉曼峰不同,测定多个川贝母样本及混淆品的拉曼图谱。川贝母的拉曼光谱图在442,480,863,941,1 083, 1 129,1 342,1 463,2 910 cm-1处出现强峰,在111,302,360,409,527,579,618,718,767,1 052, 1 083, 1 207,1 261 cm-1处出现了较明显的拉曼峰;构建了川贝母的拉曼指纹图谱,可与其混淆品土贝母、平贝母、光慈姑、草贝母进行区分;采用激光拉曼光谱技术可快速无损分析鉴别川贝母。     

基于自适应加窗spline曲线拟合的拉曼光谱去基线方法

拉曼光谱是一种无损快速检测技术,可以提供材料的定性和定量信息,因而在医药、化工等诸多领域得到了广泛的应用。但是,由于样品荧光背景噪声的影响,造成拉曼光谱信号出现基线漂移现象,这给拉曼光谱的特征峰识别和拉曼成像带来十分严重的影响。目前,改进实验方法和数值处理是解决该问题的两种重要手段。改进实验方法上,有偏振调制法和高频调制法等,但存在实验设备复杂,检测技术难度大等缺点;数值处理上,有多项式拟合和小波变换等,但容易出现欠拟合和过拟合等现象。本文在不改换高精密设备的前提下,针对传统基线校正的方法进行了改进,提出一种基于自适应加窗spline曲线拟合的拉曼光谱去基线方法。首先,基于谱峰识别算法和初始搜索步长求得谷值的最优搜索间距,并利用谱谷识别算法完成谷值曲线的拟合;其次,利用最优搜索间距和谱峰识别算法,求得谷值曲线峰值位置,并在该位置处对称添加自适应矩形窗函数去除峰值,重新划分整个区间,拟合谷值曲线;再次,逐点比较拟合曲线与原拉曼光谱信号,取较小值,拟合曲线;最后,重复加窗去除峰值操作,直至自适应窗函数宽度低于阈值,完成拉曼光谱信号的基线拟合。在实验中,选用乙酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)作为实验样品,利用该方法对其拉曼光谱信号进行了基线校正,观察并比较该方法和传统方法的校正结果。实验结果表明,该方法能够有效地消除拉曼光谱信号的基线漂移,较好的保留一些较弱的拉曼特征峰,且不易出现欠拟合和过拟合的现象,获得了良好的基线校正效果,为进一步分析光谱数据和实现拉曼成像提供准确可靠的信息。     

一种提高生物体拉曼光谱痕量测量精度的方法

微量物质拉曼光谱测量精度的提高是拉曼分析技术的难点之一,特别是高荧光背景下生物体中微量物质的测量。根据拉曼谱峰突发、离散特点,分别给出荧光背景和噪声拟合函数,通过监测总体拟合偏差A类不确定度函数实现拉曼谱峰定位和干扰信号滤波;进一步根据谱峰位置划分光谱区间,在单调区间内弱化非谱峰信号,实现谱峰信号增强。与其他光谱处理方法比较,可以准确拆分重叠特征峰,不会降低特征峰高度,提供更加灵敏的半谱峰面积指标。实验表明,该方法在处理皮肤拉曼光谱时,可以准确得到螺旋构象的酰胺I带、神经酰胺和CO的归属拉曼谱峰;另外经过该方法处理后数据建立水溶性糖(水稻叶片)含量测量模型,其精度优于小波分解、多项式拟合和非线性最小二乘法。     

FTIR和Raman用于盐酸曲马多的结构分析

采用AVATAR 360型傅里叶变换红外光谱仪和RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪测定盐酸曲马多的红外光谱和拉曼光谱。拉曼光谱和红外光谱中均显示出了盐酸曲马多的特征峰,都能够用于其结构鉴别。采用红外、拉曼光谱这两种方法互相印证,互相补充,可增强鉴定的准确性、可靠性。     

癌症患者血清的激光拉曼光谱

按正常人和不同种类癌症患者进行分类,用激光拉曼光谱分别对正常人,鼻咽癌患者、肝癌患者和慢性白血病患者四类受试者的血清在０－２０００ｃｍ＾－１范围内进行测试。结果表明,同类患者中不同受试者血清的激光拉曼光谱特征峰值大小虽然不同,但光谱图特征基本一致;不同种类癌症患者血清的激光拉曼光谱图存在较大差异;在各类癌症患者血清的激光拉曼光谱图特征峰附近,正常人血清均没有拉曼光谱特征峰。     

几种环状分子的拉曼光谱研究

通过实际检测获得了环己烷、四氢呋喃、1,4-二氧己环（二恶烷）几种环状分子的拉曼光谱。并应用密度泛函理论对几种环状分子的拉曼振动峰进行了详细的分析。研究结果表明：几种环状分子最强拉曼振动峰均由环呼吸运动引起,但它们的波数值差异较大,可以作为鉴定此类分子的判断依据。应用拉曼光谱检测技术可以对此类有毒物质进行快速的鉴定与分析。     

一种危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法

危险液体混合物的拉曼光谱定性定量分析一直是现场应用难点,为解决该问题,分析了多种物质混合后拉曼光谱的峰位、峰值、峰型变化情况,选取拉曼光谱关键特征峰进行数学简化,构建了从混合物物质成分到混合物拉曼光谱的映射关系,该映射关系描述多种物质成分混合的混合物拉曼特征峰响应只和混合物中各成分本身拉曼特征峰响应以及各物质成分混合比例有关,各物质成分按混合比例贡献拉曼特征谱峰,共同形成最终的混合物拉曼光谱。由该映射关系求逆,可实现从采集到的混合物拉曼光谱计算出各物质成分的混合比例。基于此,设计了危险液体混合物成分定性定量识别方法,主要方法步骤包括,首先进行拉曼光谱数据采集,然后进行拉曼光谱数据处理并获得拉曼特征峰,再进行测试样品与数据谱库标准品的正反向特征峰匹配,如果正反向特征峰匹配系数都比较高,在满足一定阈值条件下,可认定测试样品是某种纯净物,如果不是纯净物,则进入混合物分析,通过拉曼光谱特征峰反向匹配系数筛选,确定混合物成分构成,混合物成分确定后再进行混合物成分比例计算,最终实现危险液体混合物定性定量分析。实验部分,选定丙酮、甲苯、三氯甲烷、乙醇及其混合物进行实验验证,当混合物样品是丙酮、乙醇两种成分按3∶7比例混合时,经拉曼光谱识别方法计算,混合成分计算值是丙酮占比0.245 7,乙醇占比0.706 0;当混合物样品是甲苯、三氯甲烷两种成分按3∶7比例混合时,经拉曼光谱识别方法计算,混合成分计算值是甲苯占比0.323 4,三氯甲烷占比0.763 0;当混合物样品是丙酮、甲苯、乙醇三种成分按4∶3∶3比例混合时,经拉曼光谱识别方法计算,混合成分计算值是丙酮占比0.795 9、甲苯占比0.303 5、乙醇占比0.287 5,实验结果表明,当危险液体混合物成分是两种或三种成分混合时,混合成分计算值基本和实际值吻合,应用危险液体混合物的拉曼光谱定性定量识别方法,可较准确的从拉曼混合光谱中解析出各混合物成分以及各成分在混合物中的比例,可以判断混合物每个拉曼特征谱峰都来自于哪个成分或哪些成分拉曼特征谱峰的混合,谱图解析结果良好,对危险液体混合物现场分析鉴别有较大应用价值。     

一种基于中值滤波和统计学的拉曼光谱spike剔除算法

拉曼光谱是一种已广泛应用于化学、生物学和物理学的技术。然而拉曼光谱仪的电荷耦合器件很容易受到宇宙射线的影响,从而产生随机的窄带宽、高强度的spike。在真实样品中出现概率较低,约为千分之一,但一旦出现将严重降低信号对比度。该研究提出一种实用的spike剔除算法。该算法对中值滤波后的数据与原始数据作差,得到偏差数据。用分位数的方法将偏差数据从小到大排序,取中间99%数据作为真实数据作高斯分布拟合。根据spike强度高,稀疏的特性,以光谱中高强度数据的出现概率作为阈值标准剔除spike。最后以中值滤波结果带入原始数据代替spike,从而最大程度还原样本原始信息且不需任何调试参数。以加入不同强度spike的拉曼光谱作为验证对象,实验结果表明本算法对spike检测与去除的灵敏度可以高达99.5%。本算法同时适用于一维拉曼光谱、二维拉曼图像和三维拉曼数据立方体,且算法表现随着维度的增加而提高,一维spike剔除算法能检测超过最大峰强度40%的spike,而在三维拉曼数据立方体中,超过峰值20%的spike即能被检测出。用该算法对40 000条真实拉曼光谱进行处理,可以在不扭曲真实信号的情况下有效...     

拉曼光谱在宝玉石鉴定中的应用

:利用拉曼光谱鉴定宝石越来越受到宝石学界的关注。本文测定了许多宝石的拉曼光谱 ,其中包括宝石、玉石、人造宝石和一些贵重宝石的代用品。这些谱图可以作为宝石鉴定的标准对照谱。文中还讨论了宝石拉曼光谱鉴定的一些特点     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

水热法合成蓝绿色绿柱石的宝石学及光谱学特征

针对新出现在市场上的一种水热法合成蓝绿色绿柱石,运用LA-ICP-MS、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱进行系统研究,旨在获得其宝石学及谱学特征,探讨颜色成因,为检测机构鉴定该合成宝石提供参考数据。结果表明,样品折射率为1.570~1.576,与天然绿柱石相近,内部含特征的水波纹状生长纹理,可作为主要鉴定特征之一。LA-ICP-MS分析表明,该合成绿柱石化学成分相对单一,主要致色元素为Cr和Ti,还含有微量的V,碱金属含量极低。紫外-可见光谱主要显示Cr的吸收峰,结合LA-ICP-MS测试,认为其蓝绿色调主要由Cr和Ti共同导致。其中绿色调主要由Cr致色,微量的V可能也对绿色调有所影响。钛则致紫色,与绿色叠加形成样品具有的蓝绿色调,具体的致色机理有待进一步研究。在2 000~4 000 cm-1的红外光谱中,以3 700 cm-1为中心的宽吸收带吸收强烈,归属于两种类型通道水的基频振动及其耦合;2 449,2 615,2 746,2 813,2 885和2 983 cm -1处吸收峰,均为Cl-引起;3 108和3 299 cm-1的较强吸收峰由NH4+所致。在4 000~8 000 cm-1的近红外吸收光谱中,为合成绿柱石通道水的合频和倍频振动区。其中,Ⅰ型水的合频振动所致的5 275 cm-1处强吸收峰、伴随5 106和5 455 cm-1处较强吸收峰,及Ⅰ型水倍频振动所致的7 143 cm-1强吸收峰,可作为样品是水热法合成绿柱石的重要鉴定特征,且对于鉴定较厚的刻面宝石尤为重要。天然绿柱石中相应的这两处吸收峰强度较弱甚至不存在。样品的拉曼光谱和标准绿柱石的拉曼光谱一致。685 cm-1峰的半高宽为7.1～7.3 cm-1,小于8.5 cm-1,可作为水热法合成绿柱石的又一鉴定特征。     

基于拉曼光谱实验与密度泛函理论的宝石级红珊瑚拉曼谱峰归属研究

红珊瑚是一种珍贵的有机宝石,自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少,故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段,故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究,基于此,该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚（Corallium rubrum）的拉曼光谱。同时,使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱,并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。结果发现,红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514,1 295,1 177,1 125,1 086和1 016 cm-1拉曼峰,其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的CO2-₃引起的。红珊瑚的红色越深,1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强,反之,红珊瑚的红色越浅,这些拉曼峰的强度越弱。红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系,故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1处,与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。振动分析结果表明,角黄素的1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰归属为CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动。使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认,为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。     

拉曼光谱技术在宝石学研究中的应用

拉曼光谱技术已被成功地应用于宝石学研究和宝石鉴定领域。拉曼光谱技术可以准确地鉴定宝石内部的包裹体,提供宝石的成因及产地信息,并且可以有效、快速、无损和准确地鉴定宝石的类别——天然宝石、人工合成宝石和优化处理宝石。但是,该技术也存在着一定的局限性。     

二元混合溶液闪点行为的激光拉曼光谱研究

本文以乙醇-甲酰胺,乙腈-甲酰胺,乙醇-环己酮,乙腈-环己酮四种混合溶液为研究对象,采用激光拉曼光谱对四种溶液体系的闪点行为进行讨论和研究。通过测定四种溶液体系的拉曼光谱和闪点,结合溶液拉曼光谱的特征峰强度比和拉曼位移的变化,探索四种溶液闪点的变化规律。试验结果表明,随着溶液浓度的增大,溶质的拉曼特征峰强线性增加,混合溶液的闪点降低。采用三次多项式分别对四种溶液体系的闪点与拉曼特征峰、溶液浓度的关系进行拟合,拟合结果良好。混合溶液的闪点随拉曼特征峰强比、溶液浓度的变化趋势相同。该试验方法将有助于从分子结构角度分析混合溶液的闪点变化规律,同时该方法可用于混合溶液闪点的实时在线检测。     

基于拉曼光谱的PE膜包装食用农产品品质检测误差的校正方法

透明保鲜膜包装以其方便、经济、卫生的特点被广泛应用于超市卖场及日常生活中,却也给食品农产品的检测增加了难度,所以急需一种能够隔透明薄膜无损检测农产品的方法。叶绿素是影响黄瓜品质的重要因素之一,该研究主要探讨了拉曼技术检测黄瓜品质时,食品保鲜膜层数对叶绿素特征峰的影响,并通过对菠菜、油菜和芹菜对得出的结论进行验证。采用点检测拉曼光谱系统,采集无保鲜膜包装以及多层包装下黄瓜的拉曼光谱。拉曼信号经Savitzky-Golay(SG) 5点平滑和自适应迭代惩罚最小二乘法扣除荧光背景,探究不同层数(1~6层)的PE保鲜膜对黄瓜叶绿素特征峰的影响。采集被保鲜膜覆盖的黄瓜的拉曼信号并处理,即可建立叶绿素的特征峰(1 158和1 528 cm-1)减少值与保鲜膜层数之间的变化规律,并对规律的预测效果进行评价。随着保鲜膜层数的增加,透明包装层数与黄瓜叶绿素特征峰强度之间呈现良好的线性相关关系。提取出单层透明包装对叶绿素在1 158和1 528 cm-1处特征峰强度的降低值分别为81.4和103.1,分别占未加保鲜膜时叶绿素特征峰强度值的7.98%和8.56%,多组验证结果的相关系数达到0.95以上,验证的相关系数达到0.94。随着样品浓度增高,线性递减效果越明显。作为验证,通过透明保鲜膜检测菠菜、油菜和芹菜叶片中的叶绿素表明,每加一层膜叶绿素在1 158和1 528 cm-1处的特征峰强度会比覆膜前分别降低7.9%～8.6%和8.1%～8.6%;导致检测信号强度呈线性降低是由于保鲜膜使激发光分散不聚焦导致,保鲜膜成分对检测结果无影响。该研究为拉曼光谱隔透明包装检测拉曼光谱特征峰强度,进而获得农产品品质信息提供了一种新的分析方法。     

湖北竹山天然绿松石及其仿制品的振动光谱研究

中国绿松石矿产资源丰富,是世界上主要的绿松石产出国家之一。绿松石作为一种名玉,以其独特的绿色及结构,深受人们的喜爱,也导致市场上出现了大量的优化处理品及仿制品。在旅游珠宝进一步发展的同时,打着“原产地”噱头的绿松石价格起伏非常大,对比同一地点的天然及仿制品玉石,在前人研究的基础上仍需要进一步积累数据。论文以中国湖北竹山秦古镇小巴寨750矿洞采集的天然绿松石与购买于湖北竹山县城珠宝市场的绿松石仿制品为研究对象,采用光学照片、场发射扫描电镜及能谱、红外和拉曼光谱等,从颜色、微形貌、微成分微结构的角度开展对比研究。研究结果表明,天然绿松石样品的颜色多样,呈“月白色-浅蓝色-蓝绿色-黄绿色-绿色-蓝色”的蓝绿色系列变化,晶体颗粒十分细小,呈微米级-纳米级,可见短柱状、层片状晶粒;绿松石仿制品颜色单一,常为较为呆板的绿色,多为散漫分布的颗粒状集合体,且颗粒多呈三方晶系、方解石型结构;天然绿松石主要成分为Al₂O₃ 32.12%,P₂O₅ 30.51%,CuO 10.75%,Fe₂O₃ 5.57%等,为铜铝磷酸盐矿物。绿松石仿制品中主要元素组成为MgO 42.62%,Al₂O₃ 2.66%,SiO₂ 2.66%等,其成分是以碳酸镁为主的菱镁矿;在红外光谱的对比研究中,天然绿松石样品的红外光谱图的3 083～3 509 cm-1区域,含有大量对应于ν(OH),ν(H₂O)的红外吸收峰。绿松石仿制品在2 922 cm-1处有对应于ν_as (CH₂)的红外吸收谱峰,该峰与其被染色有关。这些红外吸收峰也是区分天然绿松石与仿制品的有效指纹峰;在拉曼光谱图的对比研究中,天然绿松石样品的拉曼光谱图中往往具有分别对应于ν(OH),ν(H₂O),ν(PO₄)的散射峰～3 470,～3 270和～1 039 cm-1,而绿松石仿制品不存在此类拉曼散射峰,他们是区分天然绿松石及其仿制品的有效拉曼指纹峰。基于颜色、微成分、微结构及振动光谱可以有效区分同一地区天然绿松石与其仿制品。此类方法对于其他类型旅游珠宝与其仿制品的鉴定亦有重要的参考价值。