拉曼光谱在新型毒品快速检测中的应用

新型毒品的日益泛滥及快速更新对执法部门现场快速检测提出了越来越高的要求。以三种典型的新型毒品为例,利用密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函,在6-31G基组下优化分子几何结构以及拉曼振动频率的计算,并利用拉曼光谱仪进行了实验检测,用以研究拉曼光谱技术在新型毒品快速检测中的应用价值。结果表明：各毒品样品的理论计算拉曼光谱与实验拉曼光谱基本吻合,理论计算光谱可以为实验光谱特征峰的归属提供参考;各毒品拉曼特征峰的峰位差异明显,其中冰毒特征峰为837和1003 cm-1,K粉最具有鉴别价值的特征峰为463,659和1 046 cm-1,而麻古最明显的特征峰为556,1 329和1 699 cm-1,拉曼光谱可被用于毒品的鉴别和认定;微量冰毒及K粉残留物的实验拉曼光谱与其常量时基本一致,拉曼光谱可被用于毒品微量残留物的准确识别;伪冰毒N-异丙基苄胺的拉曼特征峰853 cm-1与冰毒拉曼特征峰837 cm-1存在明显差异,因此拉曼光谱可被有效地用于以上毒品的检测;而聚丙烯材料制成的透明包装对自身存在强烈荧光干扰的麻古拉曼光谱有较大影响。     

饱和一元醇类分子拉曼光谱振动峰的归属研究

选用B3LYP/6-31G(d)优化并计算了31种饱和一元醇类分子的拉曼光谱,以甲醇为例,考察了理论计算结果的准确性,分析了碳原子数小于7的直链饱和一元醇拉曼光谱振动峰的归属。研究结果显示,B3LYP/6-31G(d)用于饱和一元醇类分子拉曼光谱振动的模拟计算较为准确,通过饱和一元醇拉曼光谱振动峰归属分析,确认C—O伸缩振动引起的振动峰可作为饱和一元醇类分子拉曼光谱的特征峰;进一步研究还发现,饱和一元醇类分子拉曼光谱的特征峰与其极化率、热力学、能量等主要参数具有显著的相关性(sig.为0.015),为同系物的拉曼光谱研究提供了一定的参考价值。     

对巯基苯胺分子构象和拉曼光谱的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函方法B3LYP/6-311+G**计算了对巯基苯胺分子(PATP)的平衡结构和振动拉曼光谱。结果表明该分子有两个稳定构象,反式构象能更低。利用振动模分析所得的势能分布我们对该分子振动基频进行了归属,并计算了低能构象的标度振动频率,其结果与实验值相吻合。     

基于密度泛函理论的尼克酸分子振动光谱分析

实验测量了尼克酸分子的拉曼和红外光谱,用B3LYP混合泛函和cc-PVDZ基组计算了尼克酸分子的平衡构型、振动频率、拉曼和红外强度。采用GAR2PED程序对尼克酸分子进行了简正振动分析,依据所得势能分布对尼克酸分子的振动频率进行了理论归属,弥补了以往文献缺少对其振动模式贡献进行定量研究的不足,提供了更多的振动光谱信息。     

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。     

氨基甲酸酯类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息,应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d,p)基组对三种氨基甲酸酯类农药(西维因、克百威和涕灭威)分子进行了几何结构优化和频率计算,利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱,并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。结果表明,理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰,分别位于874,1 014,1 162和1 716 cm-1附近。对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础,将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。     

苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

氟虫氰表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究（英文）

2017年8月初,荷兰发现大范围鸡蛋受杀虫剂氟虫腈污染。用拉曼光谱检测的方法对解决氟虫腈检测问题做了一定的探索。为了获得氟虫腈分子的分子结构振动信息,根据密度泛函理论中的B3LYP杂化泛函和6-311G++(d,p)基组,对氟虫腈分子进行了几何结构优化和频率计算,得到了该分子的稳定构型和全部振动模式,计算了氟虫腈分子稳定构型的拉曼散射光谱。利用HORIBA公司的T64000型光栅共聚焦显微拉曼光谱仪采集了FP的拉曼光谱并配合使用Ag/Cu纳米基底采集了表面增强拉曼光谱,较强峰出现在211,308,350,867,1323和1432 cm-1处,次强峰出现在254,407,443,463,511,607,646,712,800,1065和1639 cm-1处。结果表明,理论计算得到的振动频率与实验测量值在全部较强峰处和部分次强峰处吻合的较好。并对FP分子200~2000 cm-1区间内各频率谱线对应的振动模式进行了归属指认,6个较强峰依由小到大的次序分别指认为21H-22H蜷曲振动,10F-11F变形振动和21H-22H面外摇摆振动,15N-22H蜷曲振动,6C伸缩振动和21H面内弯曲振动,苯环呼吸振动和9C伸缩振动,7H-8H面内弯曲振动。发现表面增强拉曼光谱相对于拉曼光谱整体有微小的频移,两者整体吻合较好,表面增强拉曼光谱中211,867,1400和1432 cm-1处的峰得到了选择性增强,根据表面增强拉曼光谱的选择定则,解释为相关振动峰的原子与银衬底表面或许为接近垂直的状态,并可能与银表面吸附。下一步计划将氟虫腈混入鸡蛋中,对氟虫腈在鸡蛋中不同浓度情况下进行指认研究。研究结果可为氟虫腈的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中氟虫腈残留的快速检测和在线检测研究。将拉曼光谱作为对传统化学检测方法的补充。     

LaCl_3溶液中微团簇的光谱研究

对LaCl_3溶液拉曼和荧光光谱及其变化进行了理论计算和实验研究,得到了较为全面的光谱信息。基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d,p)+Def2-SV(p)基组水平上计算了氯化镧溶液中的微团簇结构,结果表明微团簇分子趋向于形成9配位结构,验证了计算方法的可行性。理论拉曼光谱与实验光谱相比基本一致,随着LaCl_3的加入溶液拉曼光谱在300~600cm~(-1)范围内峰的强度稍微增大,原因可能为La—O振动与水中O—H的面内、面外摇摆峰叠加形成的;在3 000~4 000cm~(-1)范围内,氯化镧溶液与水相比峰形变窄,可能是由于在溶液中原有的水团簇结构破坏后形成的镧水合物中O—H的伸缩振动导致。荧光发射光谱在350nm处出现明显的新峰,且与浓度呈良好的线性关系,从络合物角度实现了对氯化镧溶液的定量分析;同样的基组水平上计算了团簇的荧光发射中心,在误差允许范围内,理论计算与实验值基本吻合,实现了对实验光谱中新峰的指认与归属。     

有机磷类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

有机磷类农药常被用于防治植物病、虫、害,但对人、畜的急性毒性很强,能抑制乙酰胆碱酯酶。三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)的分子构型用GaussView3.07构造,理论计算采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)的B3LYP/6-31G(d, p)基组,并将实验拉曼光谱、理论计算拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)进行比较。结果表明,三种有机磷类农药分子的实验值与理论方法计算值具有很好的匹配性,并对三种有机磷类农药分子(乐果、敌百虫和伏杀硫磷)在400～1 800 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了这三种有机磷类农药的特征峰。有机磷类农药分子的振动峰中会出现相近的波数,PO基团引起的波数在1 140～1 320 cm-1之间,PS的伸缩振动的谱带在535～750 cm-1范围,含有P—O—C基团的有机磷类农药在920～1 088 cm-1范围产生一个谱带。对比分析三种农药的实验拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,找到了这三种有机磷农药分子各自主要的表面增强拉曼特征峰,这些表明利用SERS技术可以用来鉴定有机磷农药。研究结果为有机磷农药的定性定量分析提供了理论基础。     

硅铝酸盐基底材料中Dy3Al2（AlO4）3的拉曼光谱及其荧光光谱特征研究

采用高温固相法合成不同浓度Dy元素掺杂的以硅铝酸盐为基底的荧光材料。通过X射线衍射物相分析可知,其主要物相组成中含有Dy3Al2(AlO4)3。通过拉曼光谱分析可知,在该体系中,874.5 cm^-1处振动峰与Dy和铝氧四面体之间伸缩振动相关,随着Dy掺杂量的增加,其拉曼峰强度呈现先增后减的变化规律;另外429.9 cm^-1处测得的振动峰与Dy和铝氧四面体结构之间的弯曲振动相关。随着Dy掺杂量的增加,拉曼振动峰强度,荧光分光光度计测得的荧光光谱以及拉曼光谱仪测得的光致发光光谱的峰强均呈现先增后减的变化规律。该体系中Dy元素与铝氧四面体匹配数量逐渐增加,当Dy掺杂量超过一定极限值时,体系内发生浓度猝灭,导致荧光性能下降。与Tb元素掺杂相比,两种体系材料的拉曼光谱峰形有很大的相似性,又存在细微差异。其中Tb元素掺杂体系材料的拉曼振动峰处于870.0和408.0 cm^-1处。两种不同元素掺杂的荧光材料其荧光强度变化规律具有一致性,表明稀土元素与铝(硅)氧四面体匹配数量是决定材料荧光性能的关键因素。     

基于底物内标的蜂蜜中硝基呋喃妥因拉曼信号校正方法

针对表面增强拉曼光谱信号重复性欠佳的问题,利用实验室自行搭建的拉曼点检测系统,以蜂蜜中硝基呋喃妥因兽药为检测对象,探讨了基于蜂蜜固有内标的硝基呋喃妥因表面增强拉曼峰强校正方法。首先通过含不同浓度硝基呋喃妥因蜂蜜样品及硝基呋喃妥因标准品的拉曼光谱对比分析,确定739 cm-1处蜂蜜拉曼特征位移作为底物蜂蜜的内标峰,用比值法校正硝基呋喃妥因1 353和1 612 cm-1处拉曼特征峰强用于蜂蜜中硝基呋喃妥因定量分析。相同条件下分别采集了浓度为20 mg·kg-1的硝基呋喃妥因蜂蜜样品表面增强拉曼光谱30次,1 353和1 612 cm-1处硝基呋喃妥因特征峰强相对标准偏差（RSD）分别为11.515 6%和11.162 5%,利用739 cm-1处蜂蜜拉曼特征峰强作为内标分别校正1 353和1 612 cm-1处硝基呋喃妥因拉曼特征峰强后相对标准偏差分别降为4.852 6%和4.733 2%,显著提升了表面增强拉曼特征峰强的重复性和稳定性。因为仪器系统误差及表面增强过程中不可控因素引起的人为误差等对样品表面增强光谱中739 cm-1处蜂蜜特征峰强和1 353和1 612 cm-1处硝基呋喃妥因特征峰强的影响是完全相同的,所以通过内标比值法可以有效消除和减少拉曼信号稳定性和重复性差的问题。最后采集硝基呋喃妥因浓度范围为0.4~20 mg·kg-1的69个蜂蜜样品,基于硝基呋喃妥因1 353和1 612 cm-1处拉曼特征峰强和蜂蜜739 cm-1处拉曼特征峰强比值,分别建立了一元线性回归预测模型和多元线性回归模型,其中基于蜂蜜739 cm-1处内标校正硝基呋喃妥因1 612 cm-1处拉曼特征峰强的一元线性回归模型效果最佳,与校正前相比具有更高的精度和预测能力。该模型校正集决定系数（R2_C）和验证集决定系数（R2_Ｖ）分别为0.971 2和0.969 6,校正集均方根误差（RMSEC）和验证集均方根误差（RMSEP） 分别为1.115 1和1.242 2,相对分析误差（RPD）为4.306 0。结果表明,被测底物本身持有固有内标的样品可无需加入额外的内标物,简单用内标比值法可以有效消除仪器的系统误差以及表面增强剂与样品的混合时间等对拉曼信号强度的影响,显著提高了拉曼特征信号的重复性和稳定性,为表面增强拉曼光谱定量分析提供了技术参考。     

中国山东方山与缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉的谱学特征

为对比研究中国山东昌乐方山矿区与缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区所产暗蓝色刚玉的光谱学特征,并确定方山矿区和Le-shuza-kone矿区刚玉中铁元素的价态及致色机理,采用X射线粉晶衍射（XRD）、显微拉曼光谱（RAMAN）、显微傅里叶红外光谱（FTIR）测试、电子探针（EPMA）及穆斯堡尔谱（CEMS）等方法,对产于方山矿区和Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉的物相、光谱学特征及成分开展深入研究。X射线衍射结果表明,两个矿区所产的刚玉在2θ=25°～45°之间以3.408 8 Å（012）,2.551 8 Å（104）, 2.380 7 Å（110）和2.085 0 Å（113）四个衍射峰为特征。缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区刚玉在2θ=22°～23°之间有3.981 5 Å（110）的弱衍射峰,在2θ=38°～40°之间有2.314 9 Å（111）的弱衍射峰,分别为硬水铝石和勃姆矿（一水软铝石）的特征。拉曼光谱散射峰主要分布于350～450和550～850 cm-1两个区间。416和378 cm-1为刚玉的特征峰,测试结果中415和377 cm-1的强峰属于内部结构变形导致的拉曼位移,749 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al-O伸缩振动。方山矿区刚玉的793和811 cm-1拉曼峰和Le-shuza-kone矿区刚玉707, 793, 1 239和1 247 cm-1拉曼峰可作为区分产地的依据。红外光谱表现为两个矿区样品共有指纹区451,603,640, 779和1 088 cm-1的吸收峰,缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区刚玉在官能团区有结构水（-OH）1 981, 2 110和3 311 cm-1的吸收峰,可作为特征峰与中国山东昌乐方山矿区刚玉相区别。缅甸抹谷Le-shuza-kone矿区暗蓝色刚玉含结构水,其形成过程中有水的参与,而山东昌乐方山矿区的刚玉中没有结构水。经电子探针测试和电价差法计算,中国山东昌乐方山矿区刚玉中铁元素的存在形式为Fe2+,Fe3+的含量为0,Le-shuza-kone矿区刚玉中Fe2+占Fe总量的91.9%,Fe3+占Fe总量的8.1%。创新性的在刚玉中铁元素的研究中引入了穆斯堡尔谱仪测试测得中国山东昌乐方山矿区刚玉内铁的赋存形式为Fe2+,而非Fe2++Fe3+,其深蓝色的体色是由Fe2+致色的,而非前人推测的Fe2++Fe3+或Fe2++Ti4+价间电荷转移致色。     

基于密度泛函理论的莫西沙星振动光谱研究

莫西沙星作为第四代氟喹诺酮类抗生素被大量的使用,在人体以及家畜体内会有药物残留,危害每个人的生命健康。为了避免人体二次摄入,能够快速检测肉制品中是否含有莫西沙星残留的方法尤为重要。为此,采用振动光谱技术结合密度泛函理论方法为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据,为其在药品检测领域的应用提供参考。具体研究内容和结果如下：第一步以密度泛函理论为基础（DFT）,构建莫西沙星分子空间结构,利用B3LYP/6-311+G(d)基组优化结构并计算其理论拉曼光谱与红外光谱。理论计算结果发现莫西沙星分子在3 700~2 800与1 800~400 cm-1范围内具有明显的拉曼与红外活性,前者主要是官能团上键的振动,后者为指纹区上键的振动。由于两种光谱信息互补的优越性,首先通过对比理论拉曼光谱与红外光谱,标记出同时具有两种或只具有一种振动活性的振动峰频率,结合Gaussian view显示莫西沙星分子中每个键对应的振动频率进行全面的归属,同时给出莫西沙星分子的键长、键角和二面角等空间结构参数。第二步通过实验测量了莫西沙星（Moxifloxacin,MXF）的自然拉曼光谱（NRS）与红外光谱（IR）。理论计算结果误差由频率校正因子0.973修正,再与实验数据相比较,峰值波数相差大多在0~10 cm-1范围内,计算结果与实验数据基本一致,该结果为莫西沙星的振动光谱检测与鉴定提供基础数据,为其在药品检测领域的应用提供参考。     

苯海拉明的拉曼光谱和红外光谱研究

测量并分析了盐酸苯海拉明的红外光谱和拉曼光谱。在Raman光谱中, 1001 cm-1出现一个极强峰, 在1030 cm-1和618 cm-1各有一个中等峰,此外,在红外光谱中, 714 cm-1和757 cm-1附近出现极强的吸收峰,认定这个化合物中存在单取代苯。C-N的对称伸缩振动出现在837 cm-1, 1433 cm-1和1470 cm-1分别为CH2和CH3的变形振动, 在红外光谱中, 1020 cm-1处明显的吸收峰属于C-O-C反对称伸缩振动。此外, 测量得到含量为25 mg苯海拉明药片的拉曼光谱与纯苯海拉明的拉曼峰比较一致, 可作为无损快速检测该药物的手段。     

"冰毒"拉曼散射振动模式的研究

利用显微拉曼技术对致幻药物－“冰毒”做了测试分析研究。在激发光５１４．５ｎｍ和室温环境下,得到了“冰毒”分子的拉曼散射谱。根据两种分子同属单取代苯类,具有Ｃｙ２ｖ对称性,对安非他明和甲基安非他明分子的拉曼振动模式进行了识别。只出现在甲基安非他明拉曼谱中的２４５９ｃｍ＾－１谱线,是其他毒品分子拉曼谱中都湍有的,我们认为极可能是Ｃ－Ｎ＾＋－Ｃ之间的伸缩振动。     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4—80nm范围的纯SnO₂纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO₂本征拉曼振动峰外，还有几个新的拉曼振动峰和波长在700nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示，当纳米颗粒尺寸减小时，纳米SnO₂颗粒的体相 特征拉曼峰变弱，而由缺陷，表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸.晶粒尺寸在20nm以下，其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动，以及分别出现在位于571cm^-1 的表面振动峰，位于351cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息. 关键词： ２')" href="#">纳米SnO_２ 拉曼光谱 荧光光谱 水分子的吸附     

基于表面增强拉曼光谱技术的海洋污染物多氯联苯吸附特性分析

海洋中多氯联苯污染监测受到广泛关注,采用表面增强拉曼光谱(SERS)和密度泛函理论(DFT)方法探究四种代表性的多氯联苯(PCB15,PCB28,PCB47和PCB77)的拉曼光谱差异以及在金纳米表面的吸附特性,并对比了物质吸附特性差异对各自SERS定量检测的影响规律.首先,计算了多氯联苯的拉曼光谱和振动模式贡献,并与...