拉曼光谱在文物分析中的应用

拉曼光谱技术是一种分析技术,由于它能够获得物质的分子信息而被应用于文物的分析中。特别是拉曼光谱作为无损的分析方法,应用于文物的原位分析。论述了拉曼光谱原理及近几年拉曼光谱在颜料、陶瓷、古玉、青铜器等文物分析中的应用。     

拉曼光谱技术在医学检验领域中的研究进展(特邀)

拉曼光谱技术以光子的非弹性散射为基础,具有实时、非侵入、快速等优点,作为一种分析工具被广泛应用于各个研究领域。在医学检验领域中,拉曼光谱不仅可以提供细胞和组织的化学成分信息,还能检测发生病变的细胞和组织在生化信息的组成和结构上的差异,在医学检验领域极具应用前景。概述了目前可能应用于医学检验的几种拉曼技术;阐述了拉曼光谱技术应用于生物液体样本和其他样本的一些关键问题。针对生物液体样本,重点评估了血液、尿液和脑脊液等流体样本的适用情况;总结了用于拉曼检测的医学样本的收集和保存方法。同时,介绍了拉曼光谱数据的处理与分析方法,通过光谱的预处理,结合统计学方法、机器学习方法进行特征提取与分类识别,实现拉曼光谱和生化信息的映射。对拉曼光谱应用于医学检验的关键问题进行讨论,探讨了临床转化需要克服的问题及发展前景。     

拉曼光谱技术在文物有机物鉴定中的应用

拉曼光谱作为一种"指纹光谱"可提供物质分子结构的有用信息,已广泛应用于考古及文物保护领域。拉曼光谱技术在文物有机物鉴定中具有测量简便、无损和微区检测等优势,成为文物鉴定的重要手段。本文系统阐述了拉曼光谱技术在文物有机染料、彩绘胶料、有机物残留物等分析方面的应用,指出了该技术应用于文物有机物鉴定研究的广阔前景,并展望了今后的发展方向。     

拉曼光谱技术在中国古玉、古玉器鉴定和研究中的应用

激光拉曼光谱技术是应用于科技考古研究中的高技术之一,属于无损分析研究,但作为一种很好的无损分析方法它在中国古代玉器研究中的应用并不非常广泛。文章首先介绍了激光拉曼光谱技术的基本原理及近几年来国内外的最新进展,然后从矿物结构与拉曼特征峰之间的关系入手比较了目前国内外5种常见玉石的激光拉曼研究结果。然后分别通过对浙江良渚遗址和河南安阳殷墟遗址出土的4件中国古代玉器与新疆和田地区出产的软玉样品进行对比研究,成功地利用激光拉曼光谱技术对一批中国古代玉器进行了无损鉴定,从而阐明该项技术在中国古代玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析研究方法。最后,讨论了目前激光拉曼光谱技术在中国古玉和古代玉器研究中存在的局限性并对其发展前景进行了展望。     

生活用水的拉曼光谱分析

为了进行水质分析,运用激光拉曼光谱方法测量了自来水和白开水的拉曼光谱,分析了其振动方式归属与光谱强度。结果表明,3200～3400cm-1较强的拉曼谱带(伸缩振动)是水分子的振动拉曼特征峰,水中杂质尤其是钙镁离子含量是影响拉曼特征峰强度的主要因素。     

乙醇和甲醇混合溶液的拉曼光谱法研究

近年来激光技术的快速发展,使得拉曼光谱技术成为激光分析研究领域中的热门之一。拉曼光谱技术广泛地应用于结构化学分析。本文对甲醇和乙醇混合液的拉曼光谱进行了较详尽的研究分析,通过该实验可以有助于学生对激光拉曼技术的进一步了解。     

中国古代艺术品常用矿物颜料的拉曼光谱(二)

在本刊前一篇文章中,我们讨论了拉曼光谱在艺术品分析和考古学应用方面的实验技术并报道了一些中国古代艺术品中经常使用的红色、黄色和白色矿物颜料的拉曼光谱。本文延续前文工作,测量了一些中国古代艺术品中常用的蓝色、绿色和黑色矿物颜料的拉曼光谱,介绍了相关的背景知识,并对这些光谱进行了解析,我们相信,一套比较全面的颜料拉曼光谱数据,对于拉曼光谱技术在考古学和艺术品分析方面的应用将会起到重要的参考价值。     

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。     

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。     

拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

拉曼光谱技术具有样品无需前处理、操作简便、时间短、灵敏度高等优点,可获得样品的物理化学及深层结构信息,已广泛应用于石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定等领域。拉曼光谱对水等极性物质极其不敏感,在食品质量安全检测方面具有良好的应用前景。论文简述了拉曼光谱技术的检测原理、分类以及系统的组成,综述了拉曼光谱技术在食品成分分析和农药残留检测中的最新研究进展,指出了该技术在食品质量安全检测中的关键技术并对今后的研究进行了展望。     

Applications of Raman spectroscopy in detection of water quality

Water pollution is hazardous to the health of humans and other organisms, and detection of pollutants in aquatic environments is of primary importance for water quality monitoring. Raman spectroscopy offers an effective tool for qualitative analysis and quantitative detection of contaminants in a water environment. This article focuses on applications of Raman spectroscopy for detection of water quality. In this article, various Raman spectroscopy techniques employed for water quality detection are presented based on the types of pollutants: organics, inorganics, and biological contaminants. Additionally, the relevant detection parameters are reviewed, such as detection materials, limit of detection, detection range, peak positions, and selectivity. Furthermore, the advantages and limitations of various Raman spectroscopy techniques are summarized. Finally, the future development of Raman spectroscopy for detection of water quality is discussed.     

水溶液中硫酸根离子的拉曼光谱定量分析

拉曼光谱因其具有无损、非接触以及原位的技术优势被广泛应用于科学研究领域。但是,当前拉曼光谱主要应用于定性研究,即根据拉曼波数偏移进行物质分子的鉴别,相比之下,拉曼光谱定量分析则明显不足。因此,有必要进一步开展拉曼光谱定量方面的研究。根据拉曼光谱原理分析可知,拉曼光谱定量研究应当根据相对强度比进行,也就是在定量化过程中需要选择一个参考系,可以分为内标法和外标法。拉曼光谱定量可以根据被测分子与该参考系的拉曼强度比值进行,通过这个方法可以消除测试条件的影响。对水溶液而言,可将液态水的OH伸缩振动作为内标,进行拉曼光谱定量分析。本文研究了Na₂SO₄-H₂O,K₂SO₄-H₂O以及NaCl-Na₂SO₄-H₂O体系的拉曼光谱特征。通过将水分子的OH伸缩振动（2 750~3 900 cm-1附近）拟合为两个高斯谱峰,并以I_SO2-4/I_W为参数来确定溶液中的硫酸根离子浓度,其中I_SO2-4为硫酸根离子的特征峰强度,I_W为水的两个高斯谱峰强度之和。实验结果表明,水溶液中SO2-₄浓度与拉曼强度比I_SO2-4/I_W之间有较好的线性关系,其中,R2=0.997 73,符合定量要求。据此,本文应用拉曼光谱定量分析,建立了一种相对快速、准确测量水溶液中SO2-₄浓度的方法。     

拉曼光谱在油气地质应用中的研究进展

拉曼光谱具有简单、快速、原位、微区、无损、高分辨率和高灵敏度等优点,可以分析物质的成分与分子结构信息,是开展地质研究的有力工具。通过回顾近年来拉曼光谱的研究进展,结合实际的油气地质研究工作及分析测试经验,对拉曼光谱在油气地质研究中的应用进行总结,并讨论现阶段应用过程中存在问题及未来的发展方向。拉曼光谱在油气地质中的应用主要分为三个方面：（1）矿物与流体包裹体分析,可以确定成岩-成藏流体类型及组成、成岩-成藏作用过程,包括岩矿鉴定、流体包裹体中流体体系分析、水-岩相互作用过程研究、地质样品同位素研究等;（2）不同类型有机质成熟度分析,可以用于恢复热史、油气成藏期次约束;（3）流体包裹体压力恢复,可以研究油气藏的形成与演化过程。主要方式为利用流体包裹体中气体的拉曼特征峰位移变化量、气体溶解度恢复流体包裹体内压及捕获压力。在实际油气地质研究中,多种因素制约拉曼光谱的定量/半定量应用,主要包括：地质样品复杂性与特殊性、样品处理方式、拉曼测试参数与测试环境、拉曼光谱数据处理与分析方式。拉曼光谱分析测试流程标准化、挑选和制备校准标样;拉曼光谱与冷热台、水热金刚石压腔（HDAC）、高压可视反应腔（HPOC）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）等仪器联用,开展复杂体系原位、实时、不同温压条件下测试,是进一步将拉曼光谱应用到油气地质中的研究方向。     

四氯化碳萃取辅助的水中甲烷拉曼探测技术研究

在常温常压下,由于甲烷(CH4)在水中的溶解度很低,使用常规拉曼光谱技术很难获得水中溶解的低浓度甲烷的拉曼信号。为解决上述问题,提出了一种四氯化碳(CCl4)萃取辅助的探测新方法。利用萃取作用,把溶解在水中的微量甲烷富集到四氯化碳溶液中,通过对其中溶解的CH4拉曼信号的探测以检验水中微量CH4的存在,以此提高实验室条件下水中溶解甲烷的探测灵敏度。在实验室条件(25℃,1atm)下,分别对CH4的饱和水溶液(浓度约为1.14mmol·L-1)、CCl4萃取液以及CH4的饱和CCl4溶液进行了光谱探测分析。结果表明,对CH4的饱和水溶液直接探测,未能获得CH4的拉曼信号;通过萃取辅助,成功地在CCl4萃取液中检测到CH4的拉曼信号,其强度与CH4的饱和CCl4溶液的信号强度相近,实现了在实验室条件下对水中溶存甲烷气体的探测。     

Surface chemical functionalized single-walled carbon nanotube with anchored phenol structures: Physical and chemical characterization

Surface functionalization of single-walled carbon nanotube was carried out by introducing ylides groups containing anchored phenol structures. The functionalized nanotube is characterized using elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, field emission scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, Raman spectroscopy and zeta potential measurements. Elemental and FT-IR analysis reveal the successful functionalization of azomethine ylides. Raman spectroscopic studies corroborates that the surface functionalization does not affect the basic crystal domain size of the nanotubes. Functionalized carbon nanotubes exhibit higher zeta potential values showing its higher dispersant ability in water and acetone solvent in comparison to pure carbon nanotube.     

甲烷水合物拉曼光谱法研究进展

介绍了甲烷在气相、水合相中的拉曼光谱特征,从水合物生成热力学、生成动力学、分解动力学和分解机理几方面对甲烷水合物实验室拉曼光谱分析和深海拉曼光谱检测的最新进展进行了综述。生成热力学方面重点介绍了基于拉曼光谱技术的水合物生成条件的原位观测、水合物结构的鉴定及水合物孔穴占有率和水合数的求算,生成动力学方面主要介绍了水合物生成过程中孔穴形成随时间的变化关系及水合物形成后流体中甲烷浓度的变化规律等内容。水合物分解方面着重介绍了水合物分解的微观机理、孔穴占有率的变化规律及多孔介质中水合物分解速率表达式。针对目前拉曼光谱法研究水合物存在的问题,对未来的发展方向和重点提出了建议。     

Modeling the physico‐chemistry of acid sulfate waters through Raman spectroscopy of the system FeSO4?H2SO4?H2O

Mine waters containing extremely high concentrations of sulfuric acid and dissolved iron are found in the Rio Tinto (Spain) area. In this study, Raman spectroscopy has been used to investigate the speciation of the system iron(II)–sulfuric acid–water as an approach to study Rio Tinto's stream water. Several solutions of aqueous sulfuric acid containing iron(II) sulfate in the range 0–1.65 mol/kg were prepared, and qualitative and quantitative analyses of the ions present in the solutions were carried out using Raman spectroscopy. The intrinsic features of Raman spectroscopy allowed the identification of the species present in solution and calculation of the species concentration through band‐fitting of the Raman spectra. The activity coefficient product of the system iron(II) sulfate–sulfuric acid–water as a function of salt concentration is reported. Previous findings on the formation of iron(II) hexahydrate complexes in the mentioned system have been corroborated by means of Raman spectroscopy. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

拉曼光谱在优化处理绿松石中的应用研究

优化处理绿松石的大量面市,给绿松石的鉴定带来了挑战。通过激光拉曼光谱测试分析、压制及人工注塑处理绿松石为研究对象,对优化处理绿松石的激光拉曼光谱特征进行了研究。结果表明,拉曼光谱技术是一种有效鉴别绿松石及其处理品的无损检测方法,OH,H₂O,PO₄ 及CH₂基团的振动模式和频率决定了优化处理绿松石的激光拉曼光谱特征。优化处理绿松石除具绿松石典型拉曼光谱特征外,在2 937和2 883 cm-1处普遍出现一组具鉴定意义的由外来添加物中CH₂伸缩振动及CH₂弯曲振动致拉曼谱带。依据这些特征拉曼谱带,有助于将天然绿松石与优化处理品区分开。该研究为快速、准确、无损鉴别绿松石提供了一种新思路。     

激光拉曼光谱分析氢同位素的应用

拉曼光谱作为一种物质结构和成分分析的测试手段而被广泛应用.介绍分析了激光拉曼光谱法用于氢同位素分析的可行性,并综述介绍了国内外研究人员利用激光拉曼光谱在氚参与的放射反应监测分析、氢同位素定性检测、定量分析方法研究等方面开展的工作.