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。     

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。     

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。     

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.     

共振拉曼光谱在体测量类胡萝卜素含量

类胡萝卜素是人体内重要的抗氧化剂,能够消除体内的自由基和其它有害氧分。研究表明类胡萝卜素含量与癌症、心血管疾病、老化等疾病发病率呈反比关系。目前检测方法为采用血清液相色谱检测方法,不能做到在体无损伤、实时测量。文章介绍了一种用于测量类胡萝卜素的新技术——共振拉曼光谱技术,具有在体无损伤、灵敏度高和实时检测等特点。该技术利用强度远小于美国ANSI Z136.1-2000标准的473 nm激光激发拇指中类胡萝卜素,产生强荧光和叠加在其上的弱共振拉曼光,通过测量拉曼散射光强度在体评估类胡萝卜素的含量。同时,利用组织通透技术,改善了测量信噪比。测量了不同饮食习惯志愿者的类胡萝卜素含量,说明其含量与其摄入量成正比。该技术在临床应用和科学研究等领域具有重要意义。     

激光诱导击穿光谱与拉曼光谱技术在危险物检测中的研究进展

炸药、生物及化学危险物检测在反恐和公共安全领域具有重要应用价值,也是目前亟需解决的问题。激光诱导击穿光谱技术利用高能激光脉冲诱导材料产生等离子体,通过探测等离子体辐射光谱从而分析其组成成分。拉曼光谱技术是基于非弹性光散射的一种光谱检测方法,可以反映分子的振动信息。由于它们都具有快速和非接触遥测的优点,成为最有发展潜力和应用前景的危险物检测技术。介绍了激光诱导击穿光谱、拉曼光谱以及二者联合探测技术在危险物检测中的国内外发展现状,并对各自的优缺点进行了分析。激光诱导击穿光谱信号强、实时性好,但重复性差、基底效应影响显著,在判别组成元素相同而分子结构不同的危险物和干扰物时面临巨大挑战。拉曼光谱能够提供被测物的分子信息,适合于鉴别有机危险物,但信号弱、受荧光干扰大、检测低浓度样品及分析混合物的能力弱,外场使用时受周围杂散光以及环境变化的影响大。将这两种光谱探测技术相融合,发挥各自的优点,可以有效地提高探测危险物的准确度。但两种光谱联合探测系统结构和数据处理复杂,成本高,还有许多技术难点亟需解决。文章最后,对危险物激光诱导击穿光谱和拉曼光谱研究的前景进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

显微激光拉曼光谱技术检验彩色激光打印机打印文件墨迹的实验研究

本研文鉴别不同品牌、型号彩色激光打印机打印文件提供一种无损、便捷的检验方法。利用显微激光拉曼光谱仪检验彩色激光打印机打印文件墨迹,对四种颜色墨迹的拉曼光谱图进行比较区分,发现不同品牌、型号彩色激光打印机打印文件的四种颜色墨迹的拉曼光谱不同,因而可以利用显微激光拉曼光谱技术区分不同品牌、型号的彩色激光打印机打印文件。     

基于Raman和FTIR揭示避雨栽培甜樱桃叶片光合色素变化的光谱学分析

为提高甜樱桃果实的品质和产量,中国南方地区普遍采用了避雨栽培甜樱桃果树来避免其坐果率低、落果以及果实畸形等问题,但同时也导致了其光合作用受到影响。植物或藻类中的叶绿素和类胡萝卜素等光合色素在光收集和介导对各种内源性刺激的应激反应中起着不可替代的作用。为便捷快速检测果树光合作用中叶片的光合色素变化,采用拉曼光谱（Raman spectra）和傅里叶红外光谱（FTIR）对避雨和露地栽培的甜樱桃叶片进行了研究。经测定和分析甜樱桃叶片200~3 500 cm-1范围的Raman光谱,对400~800,800~1 250和1 250~1 650 cm-1三个波数段特征峰值的标定和指认,结果表明：甜樱桃叶片对拉曼散射较敏感区主要在500~1 700 cm-1波段内。960~1 800 cm-1范围类胡萝卜素（番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素）的Raman光谱包含4条主要峰,分别为1 526,1 157,1 005和960 cm-1;露地栽培的甜樱桃叶片Raman强度明显低于避雨栽培。1 157和1 526 cm-1同样还是叶绿素的Raman光谱特征峰,总体分析表明露地比避雨栽培甜樱桃叶片中的光合色素含量更低。1 157,1 520和1 526 cm-1特征谱线对应C-C单键和C═C双键的对称伸缩振动,其相对强度可以作为甜樱桃叶片内叶绿素、类胡萝卜素等光合色素以及纤维素含量的判断依据。FTIR表征叶绿素的振动峰位振动强度弱,振动耦合复杂,难以指认。通过对甜樱桃叶片化学组分FTIR光谱图进行二阶导数求导处理凸显了峰的位置,提高了图谱的分辨率。峰位在1 437和1 551 cm-1的β-胡萝卜素的特征峰明显,露地栽培相比避雨栽培甜樱桃叶片这两个特征峰的吸光度偏小,表明露地栽培甜樱桃叶片中的β-胡萝卜素含量比避雨栽培要少。该研究为不同栽培模式下植物叶片光合色素的光谱学研究提供了参考。     

微流控SERS芯片及其生物传感应用

由于微流控芯片具有优异的集成性和灵活的可操作性,基于芯片上的检测方法被大量开发,发展十分迅速。其中,表面增强拉曼光谱（SERS）凭借其超高的灵敏度、独一无二的指纹谱和窄峰宽等特点成为一种广泛采用的检测手段。SERS微流控芯片集SERS检测技术与微流控芯片的优势于一体,一方面为SERS检测方法的重复性和可靠性提供了一个高效平台,另一方面推动了微流控芯片的功能拓展,在生物分子探测、细胞捕获乃至组织模拟等领域具有广阔的应用前景。本文在简要介绍SERS的原理及其生物传感应用的基础上,重点概述了SERS微流控芯片的构建及其在生物传感及检测中的应用,最后探讨了该研究方向存在的问题及发展方向。     

基于拉曼光谱技术鉴别ABS废旧塑胶原料的方法研究

塑胶微粒原料已渗透到人类衣食住行的方方面面,并广泛应用于能源、工业、农业、交通乃至航空航天和海洋开发等各重要领域不可或缺的材料。在利益的诱惑下,废旧塑胶的走私现象屡禁不止。我国作为塑胶原料进口大国,现有检测方法耗时长,难以实现现场检测,因此,开发一种用于现场的废旧塑胶微粒判别方法,对快速通关和海关缉私有重要意义。拉曼光谱技术具有快速、无损、样品用量小、无需前处理且适应性强等优点,已在现场快速鉴别领域得到广泛应用。在研究塑胶废旧机理的基础上,将拉曼光谱技术结合化学判别方法,应用于废旧塑胶原料识别。选取两类成分相似的实际通关塑胶原料样品,包含标准品及废旧品各160份,并对样品的拉曼光谱信息进行了采集。对比分析了两种塑胶原料的原始拉曼光谱,并对样品的拉曼光谱特征峰进行了归属分析。选取1 603 cm-1作为归一化参照峰位,进一步探究废旧塑胶的成分变化,对比统计了废旧塑胶原料及标准塑胶原料的相对峰强变化,结果表明废旧塑胶原料发生了化学老化。基于主成分分析法（PCA）对原始拉曼光谱及预处理拉曼光谱进行降维处理,结果表面预处理拉曼光谱的前2主成分空间分离度较好,通过对原始拉曼光谱数据进行背景扣除及平滑预处理,可减少荧光背景及噪声对鉴别的影响,提高鉴别的准确度。将样品一半划分为校正集用于模型建立,另一半划分为预测集用于模型验证,基于偏最小二乘判别分析（PLS-DA）,建废旧塑胶原料鉴别模型,该模型对建模训练集鉴别正确率为100％,模型验证集鉴别正确率为99.06％。研究表明,基于拉曼光谱技术,结合测试数据预处理及偏最小二乘判别分析方法,可以有效地实现塑胶原料的现场、快速、准确鉴别,为开发现场检测装备及方法提供理论参考。     

Time‐lapse Raman imaging of single live lymphocytes

We present time‐lapse Raman imaging (TLRI) of living cells as a new approach in label‐free chemical imaging through non‐electronic resonant, spontaneous Raman microspectroscopy. Raman hyperspectral datacubes of individual live peripheral blood lymphocytes were successively acquired. The Raman imaging time per voxel, with a volume of 0.3 fl, was 100 ms and the total image time of a 32 × 32 pixels image was less than 2 min. Multiple images of an individual cell have been obtained. A full series of TLRI images typically resulted in more than 1.6 million data points per image. We analyzed the datasets using hierarchical cluster analysis. A fingerprint of molecular changes was observed before the cell was blebbing. The molecular fingerprint was related to a gradual disappearance of the Raman signal from carotenoids. Concomitant changes occurred in the C H stretch high wavenumber region, presumably due to a change in the protein and lipid environment of carotenoids. These changes were smaller than 5% of the total signal at 2937 cm⁻¹. We hypothesize that the lipid environment of the carotenoids changes as a result of the photophysics in the carotenoid molecules. The detectability of carotenoids was shown to be 2.3 µMper voxel, which corresponds to 415 molecules. TLRI enables high‐speed chemical imaging not only in the intense high wavenumber region of the Raman spectrum, but particularly in the more informative fingerprint region between 500 and 1800 cm⁻¹. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

气体拉曼传感增强技术研究进展与趋势

不论是在科学研究,食品安全,医学检测,还是在安全事故预防等领域,对多组分混合气体进行快速、准确的定性定量分析已经成为一种迫切的需求。拉曼光谱法是一种强大的气体传感方法,既能克服传统的非光谱法检测时间长、重复性差等弱点,又能弥补吸收光谱法无法直接测量同核双原子分子的缺点,同时还能使用单一频率的激光器对多组分混合气体进行定性和定量分析。但由于物质固有的弱拉曼效应,加之气体的拉曼效应一般远低于固体和液体,这极大地限制了拉曼光谱法在气体传感领域的应用。如何提高气体的散射强度是使气体拉曼传感技术得到更广泛应用的关键。目前最主要的气体拉曼传感增强技术包括腔增强技术和光纤增强技术。腔增强技术从提高与待测气体作用的激发光强度和作用路径来从源头上增强拉曼散射信号,包括多次反射腔增强、 F-P腔增强、激光内腔增强。光纤增强则从提高球面散射光的收集效率来增强拉曼散射信号,使绝大部分拉曼散射光都能进入光谱探测器,包括镀银毛细管增强和空芯光纤增强。简要介绍了上述两种技术的的增强原理,汇总了研究进展以及应用现状,并讨论了它们各自的优势以及局限性,最后着眼于多组分痕量气体的检测,展望了气体拉曼传感技术未来的发展趋势...     

基于反向传播神经网络的拉曼光谱去噪方法

拉曼光谱技术作为一种典型的光学检测方法,因其独特的非侵入性、快速、原位和极高的特异性,在生物分析、疾病诊断及分子识别等众多领域得到广泛应用.拉曼光谱的指纹特性使其成为生物医学分析领域的重要工具,但拉曼散射信号微弱,数据处理分析大量依赖分析人员、自动化处理能力低等因素都会极大影响该技术在实际中的应用.实验设备、环境产生的...     

基于拉曼光谱技术的茶树叶片中类胡萝卜素含量的无损快速检测

叶片中类胡萝卜素是植被环境胁迫、光合能力和植被发育阶段的指示器。基于叶片的原位拉曼光谱响应特性对龙井43叶片的类胡萝卜素含量进行了研究,建立了两者之间的定量模型。本文共对315个龙井43叶片样本进行了拉曼光谱采集和分光光度检测。为排除检测过程中受噪声、基线漂移等因素的干扰,运用和比较了五种光谱数据预处理方法提取原始拉曼光谱中与茶叶中类胡萝卜素含量有关的有效信息。基于预处理后的数据建立了偏最小二乘(PLS)回归模型,拉曼光谱与类胡萝卜素含量的建模集和预测集的相关系数(r)分别为0.817和0.786。为进一步研究类胡萝卜素的拉曼光谱响应机理,本文采用连续投影算法(SPA)优选了17个拉曼特征波数建立相应的特征波数模型,模型的建模集和预测集的相关系数(r)分别为0.808和0.777。根据已建立的模型,探究了茶树四个不同叶位的叶片类胡萝卜素含量的变化。发现茶树叶片随着叶龄的增加,类胡萝卜素浓度呈先增后减的趋势。以第2位叶的类胡萝卜素含量最高。进一步验证了模型的可行性以及探索了将该模型应用于茶树叶片树龄和叶位探测的可能性。采用拉曼光谱技术可以实现茶树叶片中类胡萝卜素含量的原位、无损、定量检测。     

基于拉曼光谱技术的甲状腺疾病检测的研究

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”,被广泛应用于面向生物分子,细胞以及生物组织的检测诊断研究。甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合,且存在一定的诊断难度,因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析,然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断(特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况),以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。     

共振拉曼光谱技术应用综述

拉曼光谱是提供物质结信息的强有力工具。但由于拉曼散射信号弱,灵敏度低,因此应用范围受到限制。而在共振拉曼光谱(RRS)中,由于激发光源频率落在分子的某一电子吸收带内,分子吸收光子向电子激发态的跃迁变成了共振吸收,因此对入射光的吸收强度大大增加。与常规拉曼光谱相比,RRS能够提高信号强度的106倍。因此,RRS检测技术以其更高的灵敏度和选择性而具有更广的应用,特别是在生物学及医学等领域。如：(1)生物基质中的类胡萝卜素和叶绿素等色素分析;(2)细胞、蛋白质和DNA等有机物研究以及一些临床疾病诊断。RRS可以得到在常规拉曼光谱中隐藏的、更为重要的分子结构信息。RRS总是在很低的浓度下测试,且共振拉曼增强的谱线是属于产生电子吸收的基团,这对于有色物和生物样品尤为重要。因为很多这类样品的活性部位接近于生色基团,且研究对象往往是生物大分子的某一部分,所以在研究生物物质的结构和功能的关系时,RRS起着重要作用。近年来,由于光谱技术的发展使得RRS检测技术得到创新与延伸,如液芯光纤共振拉曼光谱和透射共振拉曼光谱等新技术的应用。通过对近几年有关RRS技术应用的原始论文、数据和主要观点进行归纳整理与分析提炼,介绍了RRS这一专题的历史背景和研究现状,分别对共振拉曼光谱的色素检测、生物检测和爆炸物检测等应用领域展开详细的综述,并介绍了相关新技术的发展应用。随着光谱技术的快速发展,RRS必将在科研领域拥有其他光谱技术不可取代的重要地位。