便携式拉曼光谱仪在毒品和易制毒化学品快速检测中的应用

本文考察便携式拉曼光谱仪对毒品和易制毒化学品的检测识别能力,主要是利用RT3000便携式拉曼光谱仪对甲基安非他命、安眠酮等10种毒品进行测试,以及对黄樟脑、甲苯等10种易制毒化学品进行测试,同时测定白糖、淀粉等白色安全粉末的拉曼谱图。利用专门的建库软件建立以上标准物质的拉曼谱图库,并考察其识别能力。结果显示:此10种毒品和10种易制毒化学品都具有典型的特征拉曼峰,将此毒品和易制毒化学品谱图进行建库,可以对其进行分子层面的准确识别。通过对算法识别的优化以及阈值的调节,便携式拉曼光谱仪所测安全粉末的误报率为0。便携式拉曼光谱仪具有重量轻,便于携带的功能,可为毒品和易制毒化学品的现场快速判别提供一种新的手段,具有良好的应用前景。     

基于净信号的乙醇含量拉曼光谱分析方法研究

拉曼光谱检测技术由于其快速、无损等优点可以满足工业现场测量的要求,因此已经广泛地应用于各种定量定性的分析领域。酒精度即乙醇含量的体积比是酒类产品品质检测中的关键参数,开发乙醇含量实时、便捷的检测系统对酒类产品生产具有重要的意义。将净信号分析方法应用于乙醇水溶液拉曼光谱的定量分析中,将乙醇的净信号与其浓度建立一元线性回归模型。结果表明,基于净信号回归的乙醇拉曼光谱定量分析方法,相比较于特征峰强一元线性回归模型和偏最小二乘回归模型,不仅提高了模型的预测精度,增强了模型的稳健性,便于模型传递,而且模型算法简洁、稳定,便于实现便携式仪器的开发。     

拉曼光谱乙醇含量测量基线校正算法研究

采用拉曼特征峰峰比法进行乙醇含量的定量分析时,两峰值强度对定量分析精度有决定作用。为获得准确的乙醇含量信息,本文采用自主研制的激光拉曼乙醇含量检测系统实验获得不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰与本底水峰相对强度关系,研究了适用于大范围乙醇浓度定量分析的快速实时基线扣除算法。分别采用小波分析和基于极值自适应缩放的方法去除荧光背景,实现光谱基线校准。基线校准处理后,两种方法均能消除突变噪声及强荧光背景的影响而读取出拉曼峰强度。采用e指数数学模型对拉曼峰值强度比随乙醇浓度变化关系进行非线性回归分析。结果表明,小波分析方法非线性拟合相关系数高于0.980,基于极小极大值自适应缩放的方法非线性拟合相关系数高于0.982。     

13种易制毒化学品红外光谱快速定性分析

建立了可用于13种易制毒化学品快速定性鉴定分析的衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）方法。长期以来,由于缺乏定性判别依据,红外光谱法仅被用于快速定性筛查分析。为扩大红外光谱法在法庭科学领域的应用,本研究收集并分析了152份各类缴获麻黄碱样品,对匹配度系数法和特征吸收峰法这两种定性判别依据进行了考察和比较。麻黄碱样品与标准品的匹配度系数区间为0.437～0.981,整体趋势为纯度越高匹配度系数越高,但匹配度系数与纯度并不成线性关系,所以匹配度系数的阈值很难确定。特征吸收峰的挑选原则为在2 500~650 cm-1范围内挑选8个相对吸收强度较高且不受常见掺杂物干扰的吸收峰。当以全部特征吸收峰均检出为阳性检出依据时,152份麻黄碱样品的阳性检出率为98.7%。综合评价结果表明采用特征吸收峰法作为判别依据,专属性强、适用范围宽、定性结果准确可靠。确定了1-苯基-2-丙酮、3,4-亚甲基二氧苯基-2-丙酮、胡椒醛、N-乙酰邻氨基苯酸、邻氨基苯甲酸、麻黄碱、伪麻黄碱、3-氧-2-苯基丁腈、1-苯基-2-溴-1-丙酮、N-苯乙基-4-哌啶酮、4-苯胺基-N-苯乙基哌啶、1-苯基-1-丙酮、N-甲基-1-苯基-1-氯-2-丙胺这13种易制毒化学品的特征吸收峰。采用基于特征吸收峰的ATR-FTIR法对易制毒化学品进行快速定性鉴定分析,将极大提高易制毒化学品定性检验的鉴定效率、降低检验鉴定成本。     

基于等离激元增强拉曼光谱的便携式快速检测仪设计与实现

用于食品安全、环境污染、毒品、化学战剂检测等的现场快速检测要求检测设备便携、快速和准确。目前的常规实验室检测方法虽然能够实现准确检测,但是其实时性较差,无法满足现场快速检测的要求。因此,设计开发了基于等离激元增强拉曼光谱的便携式快速检测仪,能够实现对滥用添加剂、违禁食品添加剂、农药残余、毒品、化学战剂和环境水污染等大量有害物质的现场快速定性检测。该检测仪基于ARM嵌入式系统开发,编写了其操作交互界面和底层驱动程序,实现了拉曼光谱数据自动标定和特征谱图快速识别等算法。在仪器中搭建了检测物质拉曼光谱的标谱数据库,数据库根据检测科目进行分类,每种科目包含该类别的多种物质,每种物质均包含其高中低多种浓度的标准品和样本谱图。设计实现了大类科目的辨识比对算法和GPU硬件加速算法,实现了对某一类科目的所有物质的快速比对,与传统的纯CPU算法实现相比较,在辨识速度上提高了20倍以上。通过市场购买的功能饮料、违规葡萄酒与果汁等实际样品对所制备的样机仪器进行测试,测试结果符合预期,具有良好的灵敏度与重现性,满足了现场快速检测的要求。     

激光拉曼光谱法测定天然气组成标准研究（英文）

进行了天然气组成分析-激光拉曼光谱法标准化研究,探讨了激光拉曼天然气组成分析方法标准化的可行性。采用激光拉曼光谱进行天然气组成分析,无需将天然气中各组分分离便可实现多组分同步检测,减少分析时长,提高测量的实时性,实现快速分析,通过国内外激光拉曼天然气分析方法和标准的研究和实验,掌握了国内外激光拉曼天然气分析方法技术现状及发展方向,积累了激光拉曼天然气分析试验数据,结果表明激光拉曼天然气分析具有可快速检测(10s)、连续记录和操作简单的优点,适用于天然气录井、井站、集气站原料气气质分析和天然气净化处理中过程控制中实时快速获取气质数据,建议制定激光拉曼光谱天然气分析方法标准,测量组分为CO_2,N2,H2S,CH4,C_2H_6,C3H8,测量范围分别为:CH4:75%～99.9%,C_2H_6:0.005%～20%,C3H8:0.005%～10%,H2S:0.001 5%～10%,N2:0.02%～10%,CO_2:0.01%～10%(上述浓度均为摩尔分数),为上游领域天然气勘探开发及过程控制服务。     

锌电极表面氧化成膜过程的现场拉曼光谱研究

利用电化学氧化还原法获得了具有SERS活性的粗糙锌电极,现场检测了其在不同浓度氢氧化钾溶液中随电位变化的表面拉曼光谱。锌氧化物拉曼信号在不同浓度氢氧化钾溶液中存在着很大的差异,说明氢氧根离子浓度对锌的氧化过程有很大的影响。根据所得拉曼谱图,作者尝试着给出不同浓度氢氧化钾溶液中锌的成膜过程及机理。     

拉曼积分球定量分析宽浓度范围水中溶解物

拉曼积分球通过光学设计,提高了激发光功率的使用效率和拉曼散射信号的收集效率,进而提高了检测限,大部分水中溶解物的检测限优于5 mg·L^-1。对宽浓度范围的硫酸钠、硝酸钠、白砂糖、甲醇进行检测,引入水扣除系数将其水溶液的拉曼光谱扣除水的特征光谱,进而得到不同浓度的溶质的拉曼特征光谱。通过曲线拟合获得其峰强度,并用水扣除系数对强度进行修正,获得修正后的峰强度与其浓度成良好的线性关系,在测量范围内线性度优于99%,为水溶液中溶质的宽浓度范围定量分析提供了一种可靠的分析方法。     

基于硝酸钠内标物的山梨酸钾拉曼特征峰强校正

根据硝酸钠自身化学性质较稳定且拉曼特征峰与被测组分山梨酸钾谱峰能完全分离的特点,以硝酸钠为内标物对食品中常用防腐剂山梨酸钾的拉曼光谱进行校正;以质量分数为0.1的硝酸钠在拉曼特征位移1053cm~(-1)处的特征峰作为内标峰,分别计算其与49个样品中相同浓度硝酸钠特征峰强的相对比值,用相对比值分别校正49个样品的山梨酸钾特征峰强,采用一元线性回归分析对山梨酸钾进行定量建模分析。结果表明:校正后,山梨酸钾预测模型校正集和预测集的相关系数显著增大,山梨酸钾在1399cm~(-1)处特征峰强的一元线性回归定量预测模型校正集和预测集相关系数的平方分别为0.9885、0.9865,均方根误差分别为3.0384×10~(-3)、3.7643×10~(-3);基于最佳预测模型对新配制的18个新样品进行预测,预测值和真实值的相关系数的平方为0.9799,均方根误差为4.8702×10~(-3),说明用硝酸钠内标法可以有效减小检测仪器、检测环境以及人为因素对山梨酸钾拉曼峰强的影响,提高被测物预测模型的精度。     

基于SERS技术快速检测水溶液、尿液和血清中咪达唑仑的研究

为了快速检测水溶液、尿液和血清中的咪达唑仑,建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术的检测方案。使用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集了拉曼光谱,其激发光波长为785 nm,光谱测量范围为68～2 700 cm~(-1),光谱分辨率小于3 cm~(-1),激光功率为80 mW,积分时间为5 s。首先通过密度泛函理论对咪达唑仑的拉曼光谱进行了计算,并与实验值进行对比,对拉曼峰进行了归属。然后以银溶胶作为表面增强基底,以硫酸镁(MgSO_4)水溶液作为促凝剂,选取689和827 cm~(-1)处的拉曼峰作为特征峰,对咪达唑仑进行了SERS检测。在水溶液中咪达唑仑的检测限为6μg·mL~(-1),在5～40μg·mL~(-1)浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑水溶液浓度的线性曲线方程为y=188.18x-743.05,相关系数为r=0.972,回收率范围为98.2%～107.2%, RSD范围为2.08%～3.25%。在尿液中咪达唑仑的检测限为20μg·mL~(-1),在20～125μg·mL~(-1)浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑尿液浓度的线性曲线方程为y=59.78x-640.71,相关系数为r=0.958,回收率范围为96.9%～107.9%, RSD范围为4.45%～5.75%。在血清中咪达唑仑的检测限为20μg·mL~(-1),在15～125μg·mL~(-1)浓度范围内,拉曼特征峰的强度随咪达唑仑血清浓度的线性曲线方程为y=30.81x+176.66,相关系数为r=0.963,回收率范围为94.2%～105.7%, RSD范围为3.60%～4.41%。该方法具有快速、准确、无损、操作简便等优点,为咪达唑仑的现场快速检测打下了良好的基础。