多波长消荧光拉曼光谱仪的研制及应用研究

拉曼光谱技术作为探究分子、晶体及其结构特征的有力手段,具有快速、无损、样品用量小、无需前处理且适应性强等优点,已被广泛应用于食品安全、石油化工等领域。但在拉曼光谱应用中,常常受到荧光背景干扰,导致拉曼信号降低,严重的情况下拉曼信号甚至会淹没在荧光背景中。为解决拉曼技术在实际应用中荧光背景干扰的问题,从仪器角度出发,采用二色镜对多波长拉曼光谱进行光路耦合设计,研制了近红外拉曼光谱与移频差分拉曼复合一体的多波长消荧光拉曼光谱检测系统,其中近红外拉曼光谱采用1 064 nm激光光源设计,移频差分拉曼光谱选取784.5和785.5 nm两组激光光源进行时分复用,在移频差分拉曼光谱检测的同时,亦可获得两组单波长拉曼光谱数据。通过对比同步测试和分时逐次测试的强度及峰位稳定性,验证了多波长消荧光拉曼光谱仪的同步测试性能;选取了多种荧光背景强弱不同的样品,进行了单波长拉曼、近红外拉曼及移频差分拉曼光谱的对比分析。针对丙酮、乙腈等荧光背景较弱的样品,可采用单波长拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对食用油、红色塑胶微粒等荧光背景与拉曼信号强度相当的样品,可采用近红外拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对红酒、棕色塑胶微粒等荧光背景较强的样品,需结合近红外拉曼光谱和差分拉曼光谱对样品进行定性分析。研究表明：通过多波长消荧光拉曼光谱检测系统的研制,在常规单波长拉曼光谱技术的基础上,将两种抑制荧光干扰技术有机结合,有效扩充了应用领域及样品检测范围。     

小型紫外拉曼光谱仪

紫外拉曼光谱技术具有拉曼本征散射效率高,受杂散光干扰小等优点,在爆炸物、污染物以及农药残留现场检测等领域有着广阔的应用前景。然而,目前市场上常见的小型或者便携式拉曼光谱仪均采用可见或者近红外激光作为激发光源。本研究在实验室具有自主知识产权的紫外可见共振拉曼光谱仪的基础上,设计了小型紫外拉曼光谱仪,光谱仪采用透镜作为光谱仪的准直镜和聚焦镜,有效减小了慧差造成的影响,实现了高分辨率和宽光谱范围的测试。     

拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用

农产品的质量安全与我们老百姓的身体健康和生命安全密不可分。传统的化学检测方法具有需要样品前处理,操作过程复杂以及破坏样品等诸多缺陷。拉曼光谱技术作为一种分析、测试物质分子结构强有力的表征手段,可以快速实现样品的无损伤、定性定量检测分析。随着拉曼光谱技术的不断完善和应用范围的逐渐拓宽,拉曼光谱技术在农产品的质量安全检测中发挥着极其重要作用,并且具有广阔的应用前景。目前,已经有大量的基于拉曼光谱技术检测农产品质量安全的相关研究报道,为了解拉曼光谱技术的检测原理以及发展现状,并跟踪国内外最新研究进展,简述了拉曼光谱技术的基本原理及其发展、拉曼光谱检测装置,深入综述了拉曼光谱技术在果蔬、禽畜、粮食质量安全检测中的最新研究进展,指出了拉曼光谱技术应用在农产品质量安全检测中的现存的技术问题。另外,还简要介绍了国内外部分拉曼光谱仪的部分信息和便携式拉曼光谱仪专利申请状况,展望了该项技术的研究方向和应用前景。     

拉曼光谱在骨组织研究中的应用

拉曼光谱具有快速、无损、能同时提供无机和有机成分信息,包括矿物晶格和胶原蛋白二级结构信息等特点,在骨组织研究中有着重要应用。本文结合本课题组工作,对骨组织的光谱背景处理、拉曼光谱在骨的力学性能、骨科疾病、成像研究以及活体检测等方面的应用进行了综述。     

拉曼光谱技术在爆炸物检测中的应用

随着恐怖活动的蔓延,对爆炸物的检测和溯源变得越来越重要。拉曼光谱能够提供化合物的指纹图谱,是对物质定性分析的有力工具,具有无损、快速、准确度高等优点,近年来在爆炸物检测领域被广泛应用。本文介绍了共聚焦显微拉曼光谱、空间偏移拉曼光谱、表面增强拉曼光谱等拉曼光谱技术在爆炸物检测方面的应用及最新研究进展。     

拉曼光谱与拉曼效应的量子模型结构分析

散射光谱这种新谱线对应于散射分子中能级的跃迁,为研究分子结构提供了一种重要手段,引起学术界极大兴趣,拉曼也因此荣获1930年诺贝尔物理学奖。并称这种谱线为拉曼光谱。介绍了拉曼光谱的基本原理、拉曼光谱的应用以及其发展,由于拉曼光谱非常弱,实验要求比较高,最后介绍了实验仪器及利用拉曼光谱研究分子的结构。     

拉曼光谱在医学上的应用（1）

本文叙述了最近拉曼光谱在生物医学应用上的技术进步，总结了拉曼光谱在生物医学上的应用以及它在诊断和临床应用中的作用。     

拉曼光谱技术在病理诊断中的研究进展

拉曼光谱技术能够提供与物质特定分子结构相关的光谱信息,可用于识别生物组织微小的生化变异,具有快速、实时、无损、无需样本预处理等优点,在临床病理诊断领域极具应用前景。与常规组织病理学分析相比,拉曼光谱技术能够直接检测活体组织,简化了分析程序,缩短了诊断时间。人体病变组织的细胞分子组成和结构可能发生变化,这为拉曼光谱技术在组织病理诊断中的应用提供了检测依据。基于组织分子组成与结构的差异,结合机器学习和化学计量学方法,拉曼光谱技术可以提供客观的诊断信息,实现快速、低侵入的病理诊断。回顾了近十年来拉曼光谱技术在组织病理诊断中的研究进展,对取得的关键成果进行了总结,阐述了当前离体和活体应用拉曼光谱技术的一些关键问题。针对离体拉曼光谱检测,重点评估福尔马林固定石蜡包埋样本、冷冻样本和新鲜组织样本等离体样本的适用情况;阐述拉曼光谱数据收集的关键技术,包括适用光源、光谱范围,以及病理样本光谱采集的方式等。对于活体拉曼光谱检测,重点介绍了活体检测研究中拉曼光谱技术应用的两种形式：结合医用内窥镜进行体内检测,以及开放手术中的直接检测;综述了临床适用的拉曼系统,重点介绍了当前活体拉曼研究中应用的光纤探头。同时,文章也讨论了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱预处理,特征提取与分类识别,构建拉曼光谱病理诊断模型,在小样本范围能够获得较好的诊断结果。考虑临床实际应用,仍需要不断优化分析方法,实现拉曼光谱与生化信息的关联,将样本个体差异的影响纳入分类模型中,以提升模型性能。文章对拉曼光谱应用于病理诊断中的关键问题进行了讨论,为进一步开展研究提供参考。未来需要更深入和广泛地开展离体和活体研究,以促进拉曼光谱技术在临床中的应用。     

近场拉曼光谱技术的发展

将近场光学技术与拉曼光谱相结合,发展出近场拉曼光谱术。综述了近场拉曼光谱探测技术的发展现状,讨论了近场拉曼光谱术的优点和纳米局域光谱分析能力。对两种常用的探测方法(常规近场光谱探测方法和近场增强拉曼光谱探测方法)进行了比较,并介绍了近场拉曼光谱技术在生物、化学、纳米材料等领域的一些应用。     

拉曼光谱在医学上的应用（Ⅰ）

本文叙述了最近拉曼光谱在生物医学应用上的技术进步，总结了拉曼光谱在生物医学上的应用，以及它在诊断和临床应用中的作用     

采用显微拉曼光谱技术检测激光微加工质量

本文简要介绍了准分子激光微加工的原理;分析比较了几种微检测技术的特点和用途;提出了采用显微拉曼光谱检测准分子激光微加工质量的新技术,并在有机玻璃和光刻胶制成的齿轮上分别进行了探索。研究结果表明:显微拉曼散射技术确实可以成为一种新的检测微加工质量的有效手段。     

碳纳米管拉曼光谱研究新进展

本文介绍碳纳米管拉曼光谱研究的最新进展。重点介绍金属性和半导体性碳纳米管的共振拉曼效应、表面增强拉曼效应和偏振拉曼效应。同时也介绍了碳纳米管的温度效应、压力效应和杨氏模量的拉曼光谱研究     

拉曼光谱中荧光抑制技术的研究新进展综述

拉曼光谱技术反映了物质的结构特征,可用于分析有机或者无机样品的化学组分。但由于某些被测物的荧光背景远远强于拉曼信号,这些物质的拉曼光谱测量有时十分困难,这限制了拉曼光谱的广泛应用。因此有必要在拉曼检测中对荧光采取抑制措施以准确获取高信噪比的拉曼光谱指纹信息。近些年来,很多的相关研究探讨及发展了多种荧光抑制的新方法。在目前的科研活动中,常用的技术有表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术和高温拉曼光谱技术等。这些技术解决了拉曼光谱早期存在的一些问题,如荧光干扰、灵敏度低等,极大地扩展了拉曼光谱技术在各个领域的应用。而这些新方法可大致归类为物理/化学方法,基于光学性质不同衍生的方法,计算处理方法和其他方法。文章概括性的介绍了上述方法的理论、实现方式,并分析比较了各自的特点。     

Application of Raman Spectroscopy Technique to Agricultural Products Quality and Safety DeterminationSCIEI北大核心CSCD

The quality and safety of agricultural products and people health are inseparable. Using the conventional chemical methods which have so many defects, such as sample pretreatment, complicated operation process and destroying the samples. Raman spectroscopy as a powerful tool of analysing and testing molecular structure, can implement samples quickly without damage, qualitative and quantitative detection analysis. With the continuous improvement and the scope of the application of Raman spectroscopy technology gradually widen, Raman spectroscopy technique plays an important role in agricultural products quality and safety determination, and has wide application prospects. There have been a lot of related research reports based on Raman spectroscopy detection on agricultural product quality safety at present. For the understanding of the principle of detection and the current development situation of Raman spectroscopy, as well as tracking the latest research progress both at home and abroad, the basic principles and the development of Raman spectroscopy as well as the detection device were introduced briefly. The latest research progress of quality and safety determination in fruits and vegetables, livestock and grain by Raman spectroscopy technique were reviewed deeply. Its technical problems for agricultural products quality and safety determination were pointed out. In addition, the text also briefly introduces some information of Raman spectrometer and the application for patent of the portable Raman spectrometer, prospects the future research and application.     

拉曼散射在有线电视传输中的应用

本文叙述了拉曼散射的原理,结合拉曼散射理论,讨论了光纤拉曼放大器的优缺点,并根据现阶段有线电视的传输方式和将来的发展趋势,论证了光纤拉曼放大器用于CATV的重要性和不可或缺性.     

Integrated spectral and spatial information extraction in Raman spectroscopy

Raman spectroscopy has been widely used to analyze various substances quantitatively. Conventional studies are primarily focused on the spectral characteristics of Raman scattering. The spatial distribution is always ignored, which can be used to observe the physical properties, such as the particle size. In this article, the spatial information has been extracted from the Raman spectra of barium nitrate, demonstrating that the evident spatial width broadening varied with the particle size. The numerical result shows that the spatial width has a better linear correlation with the particle size, while the Raman intensity has a poor linear correlation. The integrated spectral and spatial information extracted in Raman spectroscopy has a potential application in the quantitative analysis of physical properties.     

The use of Raman spectroscopy in food processes: A review

Raman spectroscopy is a novel method of food analysis and inspection. It is highly accurate, quick, and noninvasive. The investigation and monitoring of food processing is important because most of the foods humans eat today are processed in various ways. In this article, the use of Raman spectroscopy in food processes, such as fermentation, cooking, processed food manufacturing, and so on, are explored. The characteristics and difficulties of the Raman inspection of these processes are also discussed. According to the various research reports, Raman spectroscopy is a very powerful tool for monitoring these food processes in lab environments and is likely to see usage in situ in the future.     

若干低维材料的拉曼光谱学研究--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章扼要介绍了2004年国家自然科学二等奖获奖项目：《若干低维材料的拉曼光谱学研究》．用拉曼光谱研究低维纳米材料,必须对传统拉曼光谱学进行改造,创建新的“低维拉曼光谱学”．该项目通过若干低维材料的研究,为创建低维拉曼光谱学作出了系统的创新性贡献,如最先鉴认出典型低维材料的拉曼指纹谱,发现拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”,但证明拉曼散射基本原理在低维体系中依然成立．通过低维拉曼光谱和光发射谱的应用研究,发现了材料的许多新奇物性,如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构,和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性,并提出了多孔硅的“量子限制电化学”形成和“多源量子阱”光发射模型,促进了低维材料和半导体器件的制备．     

碳纳米管晶格振动模及拉曼光谱的研究进展

本文介绍了碳纳米管的结构特征和晶格振动模的理论研究 ,综述了不同方法生长的多壁碳纳米管和单壁碳纳米管拉曼光谱的研究进展。另外 ,还简单描述了单壁碳纳米管的应用前景