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。     

天然气水合物拉曼光谱研究进展

介绍了常见的几种类型气体水合物的拉曼光谱特征,从水合物晶体结构、生成和分解动力学过程、自然界水合物的分析鉴定及激光拉曼光谱原位探测等几方面对天然气水合物拉曼光谱研究的最新进展进行了综述,探讨了激光拉曼光谱技术目前存在的问题与挑战,指出了其在天然气水合物研究方面的发展趋势与工作重点。     

激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及进展

激光光镊拉曼光谱技术(LTRS)是一种将激光光镊与共聚焦拉曼光谱技术相结合的产物。该技术能够保证在生理条件下捕获、操控、测量在悬浮状态下单个活性细胞并对其进行生物学分析研究。这种在单细胞研究上的独特优势使其越来越受到人们的关注。本文以激光光镊拉曼光谱技术在生物医学上的应用及其技术发展历程为主线,围绕拉曼光谱技术在细胞分选及细胞的特性研究,多光镊拉曼光谱系统,微流控传输系统,多模式分析系统四个方面综述了近些年来光镊拉曼光谱技术如何通过其他技术联用及其技术的改进实现在多数据采集与整合,高效率,高通量和自动化的传输方面的发展,并概述了LTRS技术生物医学上的应用。最后,对其未来的发展前景进行展望。     

偏振拉曼实验技术研究

拉曼光谱技术作为常用的表征和测试分析手段,已被广泛的应用。本文设计搭建了基于激光显微共聚焦拉曼光谱仪的偏振拉曼光谱测试系统,将入射激光和拉曼散射的偏振引入拉曼光谱测试系统中。应用该实验平台,测试物理气相传输(PVT)法制备的4H-SiC样品,结果表明其拉曼光谱强度具有旋转偏振变化规律。本文所设计的系统将为偏振拉曼的研究提供实验基础,也为相关材料的分析提供技术保障。     

激光差动共焦拉曼光谱高分辨图谱成像技术进展

激光共焦拉曼光谱技术由于具有分子指纹及层析成像特性,成为探索微观分子世界的重要手段;但受原理限制,现有激光共焦拉曼光谱技术的分辨力及图谱成像能力逐渐桎梏了其发展。近年来,围绕激光共焦拉曼光谱技术性能改善方面,本研究团队基于发明的超分辨激光差动共焦技术,提出了激光差动共焦拉曼图谱成像系列新方法和新技术。系统地介绍所提激光差动共焦拉曼图谱系列测量方法及仪器化研究进展,并对未来发展方向进行了评述和展望。     

南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究.应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程,收集、分析其拉曼光谱,结果发现:单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成,南极动球菌 NJ41 和希瓦氏菌 NJ49 生...     

蔬菜和水果的显微激光拉曼光谱研究

采用显微激光拉曼光谱技术,研究测定了未经任何处理和经过清洁处理的多种蔬菜和水果表面的拉曼光谱。结果表明不同样品的表面拉曼光谱具有明显的胡萝卜素特征峰,这一相似性为进一步研究农药残留的识别提供了方便;也有一些样品出现胡萝卜素以外的其他拉曼光谱峰,为以后详细分析蔬菜和水果中各种有效营养成分提供了理论依据。利用显微激光拉曼光谱研究蔬菜、水果表面的组成和农药的残留具有简便、快速和绿色分析的前景。     

Na_2SO_4溶液激光拉曼/激光诱导击穿光谱联合探测

光谱技术应用于海底极端环境下多参数、多相态、无接触探测已成为深海化学传感器发展的一个重要方向,尤其是水下激光拉曼光谱技术和水下激光诱导击穿光谱技术正成为目前研究开发的热点。该工作旨在探索一项水下激光诱导击穿光谱与激光拉曼光谱(LIBS-LRS)联合探测技术,以实现LIBS和拉曼两种检测技术在检测系统上的整合,在信息获取上的互补。在实验室搭建了一套LIBS-LRS联合探测装置,该装置对于拉曼和LIBS采用同样的激发光源、光谱仪和探测器,前置光路分为两部分:拉曼光路和LIBS光路,分别收集Na_2SO_4溶液的拉曼信号和LIBS信号。前置光路收集的拉曼和LIBS信号由Y型光纤导入光谱仪,分别在面阵CCD不同区域进行探测。利用该装置对配置的Na_2SO_4溶液进行探测,同时获得了Na元素的LIBS信号和SO~(2-)_4拉曼信号。另外,随着激光能量的提高,在532nm脉冲激光能量超过3.6mJ时,在拉曼光路同时获得了Na元素的LIBS信号和SO~(2-)_4拉曼信号,这样采用同一光路即可实现两种光谱技术的联合,然而实验发现,随着激光能量的增加,激光在溶液中击穿产生的轫致辐射造成了光谱探测基线整体的抬升,对拉曼光谱弱信号的探测是不利的。实验结果初步证明了在拉曼和LIBS在水下联合探测的可行性。     

结香纤维素与木素分布的显微激光拉曼光谱研究

显微激光拉曼光谱技术可以实现纤维素与木素在木材细胞壁中原位状态分布规律的观察研究。首先采用透射电子显微镜(TEM)研究了结香细胞壁的超微结构。进而采用显微激光拉曼光谱技术对细胞壁各层中纤维素与木素分布特点进行了原位分析测定,拉曼图像及光谱分析结果表明,纤维素与木素在细胞壁各形态区分布不均一,纤维素的分布情况与木素相反。     

激光拉曼光谱对苯的低浓度探测研究

激光拉曼光谱技术是基于拉曼散射理论的检测技术,具有快速、无损、样品无需预处理等优点。运用激光拉曼光谱技术对苯的25种不同浓度的样品进行了研究,结果表明,在184.8g/L~0.264g/L浓度范围内,苯的振动拉曼光谱强度与其浓度呈线性关系,利用最小二乘法拟合得到线性相关系数R=0.99626,检出限为0.223g/L。     

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.     

应用拉曼光谱分析变压器油中溶解乙酸含量

乙酸是变压器油纸绝缘老化所生成酸类物质的主要成分;分析变压器油中溶解乙酸含量对准确评估运行变压器的老化状态具有重要意义。拉曼光谱技术是基于拉曼效应的一种分子分析技术,能很好地用于物质的非接触式原位检测。论文开展了变压器油中溶解乙酸含量拉曼光谱检测方法研究： 利用Gaussian 09W软件分析了乙酸分子的拉曼振动特性,对实测乙酸拉曼谱峰的振动模式进行了指认;基于实验室搭建的激光拉曼光谱液体检测平台,对不同乙酸含量的变压器油样进行了原位检测;选定891 cm-1作为变压器油中溶解乙酸分子的拉曼特征峰,基于乙酸891 cm-1与变压器油932 cm-1特征峰面积比值和最小二乘法建立了乙酸的定量分析方法,检测限可达0.08 mg·mL-1。实验结果表明： 激光拉曼光谱可应用于油中溶解乙酸含量原位检测并具有良好的检测稳定性和重复性,为变压器油中溶解乙酸含量的快速、无损检测提供了一种新方法。     

“黑碧”OH振动光谱产生分裂原因探究

“黑碧”指颜色为黑色,主要成分为阳起石的碧玉。电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪分析显示“黑碧”为阳起石碧玉。拉曼光谱和红外光谱的OH振动处产生3个主峰,归属于MgMgMg-OH,MgMgFe2+-OH（Fe2+_M1Mg_M1Mg_M3-OH,Mg_M1Mg_M1Fe2+_M3-OH）,MgFe2+Fe2+-OH（Mg_M1Fe2+ _M1Fe2+_M3-OH,Fe2+_M1Fe2+_M1Mg_M3-OH）,但与常见和田玉不同,“黑碧”的三个主峰在拉曼光谱OH的振动区（3 600～3 700 cm-1）和红外光谱OH的倍频振动区（7 200～7 100 cm-1）产生分裂现象。将“黑碧”分为5个区域：HB-1,HB-2,HB-3,HB-4和HB-5,进行原位的电子探针和拉曼光谱分析,拉曼光谱在3 600～3 700 cm-1出现3个主峰（A,B,C）,将主峰进行分峰拟合处理,显示分裂成6个次级峰（A′和A″,B′和B″,C′和C″）,次级峰之间的平均波数差为5 cm-1。前人对角闪石在OH振动处主峰分裂现象的观点各不相同。结合“黑碧”的原位电子探针数据和相关研究文献,认为角闪石中B(M4)位置上的阳离子分布是分裂谱产生的主要原因。角闪石中的B(M4)位置虽然没有直接与W位置的OH相连接,但B(M4)位置上的阳离子通过影响TO₄上的桥氧,间接影响W位置上的OH,从而引起OH振动光谱产生一定变化。对比存在类似分裂谱的角闪石样品和“黑碧”的晶体化学式,发现所有的样品在B(M4)位置上均存在Ca2+和Mn2+分布,而其他位置的阳离子占位情况都不相同,表明“黑碧”OH振动光谱产生分裂与B(M4)位置上的Ca2+和Mn2+分布有关。故认为“黑碧”中OH振动光谱产生分裂原因为Ca2+和Mn2+在B(M4)位置上的占位,且高波数峰位归属于Ca2+,低波数峰位归属于Mn2+,即A′,B′,C′归属于Ca2+,A″,B″,C″归属于Mn2+。     

Raman spectroscopy of gold nanoparticles in polycrystalline LiF film

Results of the Raman spectroscopy analysis of a new composite material based on a thin polycrystalline LiF film containing gold nanoparticles are presented. The formation of spherical gold nanoparticles in the film has been confirmed by the X-ray structural analysis and observation of the optical plasmon resonance absorption spectrum with a maximum at 534 nm. The obtained composite layers have been subjected to annealing by ruby laser (λ = 694 nm) in the spectral region on a descending long-wavelength wing of the plasmon absorption band of gold nanoparticles. Raman spectroscopy has been applied for the first time to the investigation of the modification of the shape of gold nanoparticles in LiF during laser annealing. The experimental Raman spectra are compared with calculated modes of in-phase bending vibrations generated in gold nanoparticles.     

A Laser Source with High Spectral Purity for Simple Tunable Laser Raman Instrument

The authors present an external cavity diode laser with high spectral purity for tunable laser Raman spectroscopy. To achieve high spectral purity required for Raman spectroscopy, a laser cavity utilizing a volume phase holographic grating, which has very low stray light, is developed and the first-order diffracted beam from the grating is taken as the output. Raman signals can be obtained from common samples with only a commercial laser rejection filter, greatly simplifying a tunable Raman instrument.     

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。     

拉曼光谱技术在病原微生物检测中的应用

病原微生物是指可侵犯人体,引起感染的微生物,临床上由病原微生物感染引发的疾病极为常见。传统的临床病原菌诊断主要依赖于细菌培养,但此方法耗时长,往往需要2～5 d才能得到检测结果,并且存在部分细菌培养困难甚至无法培养的问题。在无法鉴别菌种以及药物敏感性的情况下医生凭借经验使用广谱抗生素,加速了细菌耐药性的产生。因此,病原微生物的高灵敏快速检测方法研究成为重要研究方向。拉曼光谱技术是一种对待测样品进行原位、非侵入性检测的技术,可在单细胞水平上提供微生物细胞中不同生物分子的指纹图谱信息,通过这些信息可以确定微生物的种类、生理特征和突变表型等,实现对微生物样品的快速检测。随着激光光谱学的快速发展以及临床需求的不断增加,促使了以拉曼光谱检测技术为核心的亚技术诞生（如：表面增强拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、激光共振拉曼光谱技术、共聚焦显微拉曼光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱以及受激拉曼光谱等相关技术）,同时改善了以往拉曼光谱技术信号强度弱的不足,以实现对微生物高精度的快速检测分析。凭借着其具有对样本的状态没有限制以及能够检测物质成分微小变化的优势,近年来对拉曼光谱在病原微生物领域的研究日渐增多。对微生物检测的研究现状进行了调查和分析,围绕着拉曼光谱技术原理对其在微生物检测中的应用进行了具体阐述,其中主要对该技术在病原微生物鉴定以及药敏检测中的研究进展展开讨论,并就其与传统检测技术之间的差别和优势进行分析,展示了拉曼光谱技术作为病原微生物的快速检测新方法的前景。     

Wide area Raman spectroscopy

Raman spectroscopy allows nondestructive analysis of materials using laser illumination. However, most Raman spectrometers can only provide good signal levels and sufficient spectral resolution, by focusing the laser to micrometer-sized spots. This equates to enormous laser intensities, which for samples with even very minor optical absorption either means destroying or damaging it by absorbing even a tiny fraction of the laser power, or it means reducing the laser intensity and hence the signal level. Furthermore, Raman signals generated above or below the focal plane are rejected in traditional Raman spectrometers. As signal levels are already extremely low in Raman spectroscopy, several schemes offer an alternative to focusing down to a diffraction-limited spot, to increase the area by up to 6 orders of magnitude, and increase the sampling depth. This review describes and compares these schemes, and estimates the typical illumination areas.     

人肝癌组织细胞的激光光镊拉曼光谱研究

激光光镊与拉曼光谱相结合形成的激光光镊拉曼光谱系统(LTRS)已用于分析生物组织标本,可对单个活细胞进行操控和光谱收集。从拉曼光谱特征峰位置、强度和线宽可得到有关细胞的组成、结构及细胞内物质相互作用的信息。文章应用LTRS系统,分析了来自人的恶性肝癌组织的不同病变部位标本,包括肝癌组织细胞、肝癌癌旁细胞和远离肝癌组织的肝脏正常的组织细胞,观察到了随肝癌的病变部位变化所出现的一些有趣的拉曼光谱峰的变化。正常的肝组织细胞在1 070和1 266 cm-1处的峰很明显,而肝癌和肝癌癌旁组织细胞的这两个峰则不明显,肝正常组织细胞的1 445 cm-1峰明显高于肝癌和肝癌癌旁组织细胞。已知1 070 cm-1峰代表脂类和核酸,1 266和1 445 cm-1峰代表脂类和蛋白。引起这些峰变化的物质很可能参与了肝癌的发生。上述初步研究结果表明：单细胞激光光镊拉曼光谱可以区分肝癌的不同病变部位,将是检测和分析肝癌组织标本的一种很好的方法。