拉曼光譜技術(shù)概述及應(yīng)用

1、拉曼光譜技術(shù)概述及應(yīng)用姓名：楊海源 學(xué)號:2011201373摘要隨著人們對拉曼光譜技術(shù)研究的深入，拉曼光譜在許多領(lǐng)域中得到越來越多 的應(yīng)用。本文介紹了拉曼光譜檢測技術(shù)的基本原理及特點，介紹了傅立葉變換拉曼光譜、共焦顯微拉曼光譜、表面增強激光拉曼光譜、固體光聲拉曼光譜的原理 及其應(yīng)用。綜述了拉曼光譜在食品檢測中的應(yīng)用。主要介紹了拉曼光譜在生物、 醫(yī)藥、材料化學(xué)、食品領(lǐng)域的應(yīng)用。在許多領(lǐng)域快速檢測、質(zhì)量控制、無損檢測 等方面，拉曼光譜必將發(fā)揮越來越大的作用。關(guān)鍵詞：拉曼光譜，檢測，應(yīng)用ABSTRACTWith the development of research of Raman scatte

2、ring technology, Ramanspectroscopy are increasingly employed in Many Fields.This paper introduces the basicprinciple and characteristics of raman spectroscopy analytical technology, Theresearchdevelopment and application of Raman spectroscopyin many yeilds werediscussed. The principle and applicatio

3、n of FT-Raman confocal microprobe Raman,surface-Enhancelaser-RamanphotoacousticRamanspectroscopy in solidweresummarized. Reviewe the application of Raman spectroscopy in biology, food, medicineand chemical materials. It will provide a great step forward in many fields assay on rapiddetection, qualit

4、y control and non-destruction detection.Keywords： Raman spectroscopy, detection, application前言1928年印度實驗物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)了光的一種類似于康普頓效 應(yīng)的光散射效應(yīng)，稱為拉曼效應(yīng)。簡單地說就是光通過介質(zhì)時由于入 射光與分子運動之間相互作用而引起的光頻率改變。拉曼因此獲得1930年的諾貝爾物理學(xué)獎，成為第一個獲得這一獎項并且沒有接受 過西方教育的亞洲人。拉曼光譜最初用的光源是聚焦的日光， 后來使 用汞弧燈。在隨后的幾十年內(nèi)，由于拉曼散射光的強度很弱，激發(fā)光 源（汞弧燈）的能量低等困難，它在相當長一段

5、時間里未能真正成為 一種有實際應(yīng)用價值的工具。白從傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)、表面增 強拉曼光譜技術(shù)、激光共振拉曼光譜、共焦顯微拉曼光譜、高溫拉曼 光譜技術(shù)、拉曼光譜與光導(dǎo)纖維技術(shù)的聯(lián)用、固體光聲拉曼技術(shù)、拉 曼光譜與其它光譜的聯(lián)用等技術(shù)的出現(xiàn)，才使得拉曼光譜的應(yīng)用范圍 更加廣闊。目前拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、 生物、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。具體來說，可用于聚合物的研究、生物大 分子的研究、多肽及蛋白質(zhì)的構(gòu)型的研究、無機物及金屬配合物的研 究、以及在文物考古中的應(yīng)用、寶石鑒定中的應(yīng)用、公安與法學(xué)樣品 分析中的應(yīng)用、無機材料中的應(yīng)用礦床學(xué)中的應(yīng)用、 癌癥檢測中的應(yīng) 用等。就分析測試而言

6、，拉曼光譜技術(shù)和紅外光譜技術(shù)相配合使用 可以為更加全面地研究分子的振動狀態(tài)提供更多的分子結(jié)構(gòu)方面的 信息。一、拉曼光譜的發(fā)展簡史印度物理學(xué)家拉曼于1928年用水銀燈照射苯液體，發(fā)現(xiàn)了新的 輻射譜線:在入射光頻率3 0的兩邊出現(xiàn)呈對稱分布的，頻率為3 0-3和3 0+3的明銳邊帶，這是屬于一種新的分子輻射，稱為拉曼散射，其 中 3 是介質(zhì)的元激發(fā)頻率。與此同時，前蘇聯(lián)蘭茨堡格和曼德爾斯塔 報導(dǎo)在石英晶體中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，即由光學(xué)聲子引起的拉曼散射 稱之謂并合散射。然而到1940年,拉曼光譜的地位一落千丈。主要是 因為拉曼效應(yīng)太弱(約為入射光強的10-6),人們難以觀測研究較弱的 拉曼散射信號，

7、更談不上測量研究二級以上的高階拉曼散射效應(yīng)。并 要求被測樣品的體積必須足夠大、無色、無塵埃、無熒光等等。所以 到40年代中期，紅外技術(shù)的進步和商品化更使拉曼光譜的應(yīng)用一度 衰落。1960年以后，紅寶石激光器的出現(xiàn)，使得拉曼散射的研究進入 了一個全新的時期。由于激光器的單色性好，方向性強，功率密度高， 用它作為激發(fā)光源，大大提高了激發(fā)效率。成為拉曼光譜的理想光源。 隨探測技術(shù)的改進和對被測樣品要求的降低 ，目前在物理、化學(xué)、醫(yī)藥、工業(yè)等各個領(lǐng)域拉曼光譜得到了廣泛的應(yīng)用，越來越受研究者的重視。70年代中期,激光拉曼探針的出現(xiàn)，給微區(qū)分析注人活力。80年 代以來，美國Spex公司和英國Rrin sh

8、ow公司相繼推出，拉曼探針共 焦激光拉曼光譜儀，由于采用了凹陷濾波器(notch filter)來過濾掉 激發(fā)光,使雜散光得到抑制，這樣入射光的功率可以很低，靈敏度得到 很大的提高。二、拉曼光譜簡介拉曼光譜(Raman spectra ),是一種散射光譜。拉曼光譜分析 法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼(Raman所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對 與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。1.拉曼光譜原理及特征拉曼光譜是一種散射光譜，拉曼散射是光照射到物質(zhì)上發(fā)生的非 彈性散射所產(chǎn)生的。單色光束的入射光光子與分子相互作用時可發(fā)生 彈性碰撞和非彈性碰撞

9、，在彈性碰撞過程中，光子與分子間沒有能量 交換，光子只改變運動方向而不改變頻率， 這種散射過程稱為瑞利散 射。而在非彈性碰撞過程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不 僅僅改變運動方向，同時光子的一部分能量傳遞給分子， 或者分子的 振動和轉(zhuǎn)動能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射過程 稱為拉曼散射。拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常 的拉曼實驗檢測到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的頻率之 差值稱為拉曼位移。拉曼位移就是分子振動或轉(zhuǎn)動頻率， 它與入射線 頻率無關(guān)，而與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。每一種物質(zhì)有白己的特征拉曼光譜， 拉曼譜線的數(shù)目、位移值的大小和譜帶的強度等都與物質(zhì)分子振

10、動和 轉(zhuǎn)動能級有關(guān)。2.拉曼散射的產(chǎn)生光子和樣品分子之間的作用可以從能級之間的躍遷來分析。樣品分子處于電子能級和振動能級的基態(tài)，入射光子的能量遠大于振動能級躍遷所需要的能量，但又不足以將分子激發(fā)到電子能級激發(fā)態(tài)。這 樣，樣品分子吸收光子后到達一種準激發(fā)狀態(tài)，又稱為虛能態(tài)。樣品分 子在準激發(fā)態(tài)時是不穩(wěn)定的，它將回到電子能級的基態(tài)。若分子回到 電子能級基態(tài)中的振動能級基態(tài)，則光子的能量未發(fā)生改變，發(fā)生瑞 利散射。如果樣品分子回到電子能級基態(tài)中的較高振動能級即某些振 動激發(fā)態(tài)，則散射的光子能量小于入射光子的能量 ，其波長大于入射 光。這時散射光譜的瑞利散射譜線較低頻率側(cè)將出現(xiàn)一根拉曼散射光 的譜線，

11、稱為Stokes線。如果樣品分子在與入射光子作用前的瞬間不 是處于電子能級基態(tài)的最低振動能級，而是處于電子能級基態(tài)中的某 個振動能級激發(fā)態(tài)，則入射光光子作用使之躍遷到準激發(fā)態(tài)后，該分子退激回到電子能級基態(tài)的振動能級基態(tài)，這樣散射光能量大于入射 光子能量，其譜線位于瑞利譜線的高頻側(cè)，稱為anti-Stokes線。Stokes線和anti-Stokes線位于瑞利譜線兩側(cè)，間距相等。Stokes線 和anti-Stokes線統(tǒng)稱為拉曼譜線。由于振動能級間距還是比較大的 因此,根據(jù)波爾茲曼定律，在室溫下，分子絕大多數(shù)處于振動能級基態(tài) 所以Stokes線的強度遠遠強于anti-Stokes線。拉曼光譜儀

12、一般記 錄的都只是Stokes線。3.拉曼散射光譜的特征(1)拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同， 但對同一樣品， 同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān)，只和樣品的振動轉(zhuǎn)動能級 有關(guān)。(2)在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對 稱地分布在瑞利散射線兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng) 于得到或失去了 一個振動量子的能量。(3)一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動基態(tài)上的粒子數(shù)遠大于處于振動激發(fā)態(tài)上 的粒子數(shù)。4、拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性拉曼光譜要的是無損傷的定性定量分析，它無需樣品準備，樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻

13、璃、石英、和光纖測量。其該技術(shù)的 優(yōu)越性主要有以下幾點：(1)由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣 品和化學(xué)化合物的理想工具。(2)拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無 機物進行分析。相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間則必須改變光柵、 光束分離器、濾波器和檢測器。(3)拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫搜索、以及 運用差異分析進行定性研究。在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中，獨立的拉曼區(qū)間的 強度可以和功能集團的數(shù)量相關(guān)。(4)因為激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常規(guī) 拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外 光譜一個很大的

14、優(yōu)勢。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進一步聚焦 至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。（5）共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強大生物分子特個發(fā)色基團的振動，這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。三. 拉曼光譜技術(shù)分類及相關(guān)原理、優(yōu)缺點及主要應(yīng)用領(lǐng)域隨著拉曼光譜學(xué)、儀器學(xué)、激光技術(shù)的發(fā)展，拉曼光譜技術(shù)作為 一種成熟的光譜分析技術(shù)，已發(fā)展了多種不同的分析技術(shù)，如傅里葉 拉曼光譜（FT Raman、表面增強拉曼光譜（SERS、激光共振拉 曼光譜（RRS、共焦顯微拉曼光譜、光聲拉曼技術(shù)、高溫高壓原位 拉曼光譜技術(shù)。1.傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)傅立葉變換拉曼光譜（FT- Ram

15、an原理是傅里葉變換技術(shù)采集 信號，1064nm的激光光源。來白試樣的拉曼散射光通過干涉儀進入 探測器，獲得一干涉圖，隨后進行傅里葉變換得到拉曼光譜。該技術(shù) 優(yōu)點：針對熒光強、顏色深的樣品更適用、克服了熒光干擾，測量波 段寬、熱效應(yīng)小、光譜頻率精度局及靈敏度局等。且具有多通路的特 點，能同時測定所有頻率。其缺點是溫度漂移，試樣移動對光譜影響 大。主要應(yīng)用領(lǐng)域于樣品的結(jié)構(gòu)分析，如蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析，染色 纖維檢驗等。2.表面增強拉曼光譜技術(shù)表面增強拉曼散射（SERS原理是衡痕量分子吸附于金屬膠粒 和粗糙金屬（如銀、金、銅等）表面作用下，試樣的拉曼散射強度會增 加104106倍。該技術(shù)優(yōu)點：檢測快

16、速、靈敏度高,所需樣品濃度低、無破壞性。其缺點是基襯重線性和穩(wěn)定性難以控制。 該技術(shù)主要用于 分子的理化研究，病理分析，藥物分析等研究領(lǐng)域，如L-天冬氨酸 在銀膠中的吸附研究。3.激光共振拉曼光譜技術(shù)激光共振拉曼光譜技術(shù)（RRS原理是當激發(fā)光波長與分子的電 子躍遷波長相等時將發(fā)生共振拉曼散射，激光頻率與待測分子的某個 電子吸收峰接近或重合時，信號增強104106倍。該技術(shù)優(yōu)點：靈敏 度高，所需樣品濃度低、量少等，特別適用于生物大分子試樣檢測。其缺點是熒光干擾，熱效應(yīng)，要求光源可調(diào)。該技術(shù)主要用于低濃度 和微量樣品檢測，藥物、生物大分子檢測等領(lǐng)域，如色素蛋白的研究。4.共聚焦顯微拉曼光譜技術(shù)共聚

17、焦顯微拉曼光譜技術(shù)通常是指裝備有顯微鏡系統(tǒng)的拉曼光 譜儀。其原理是使光源、樣品、探測器三點共軸聚焦，消除雜散光，信號增強104106倍。該技術(shù)優(yōu)點：采用了低功率激光器、高轉(zhuǎn)換效 率、檢測靈敏度高、時間短、所需樣品量少、樣品無需制備、所需樣 品濃度低，信息量大?？挛┲械炔捎蔑@微激光拉曼譜儀對各類司法文 件作了無損檢測。其缺點是受熒光干擾。該技術(shù)主要用于電化學(xué)研究， 寶石中細小包裹體的測量、檢測、司法鑒定等領(lǐng)域。5.固體光聲拉曼技術(shù)光聲拉曼光譜術(shù)是通過光聲方法來直接探測樣品中因相干拉曼 過程而存儲的能量的一種非線性光譜技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)點：靈敏度高，分辨率高，避免了非共振拉曼散射的影響。其缺點是要求激

18、光具有高度。該技術(shù)主要用于氣體、液體、固體介質(zhì)的特性分析領(lǐng)域。6.高溫高壓原位拉曼光譜技術(shù)高溫高壓原位拉曼光譜技術(shù)原理是高溫下發(fā)生理化反應(yīng)，得到反 應(yīng)物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)信息以及反應(yīng)中間體和變化過程的信息。該技術(shù)優(yōu)點：空間分辨率高、消除雜散光、樣品可程序控溫。其缺點有熱輻射。 主要用于晶體生長、冶金熔渣、地質(zhì)巖漿等物質(zhì)的高溫結(jié)構(gòu)等研究領(lǐng) 域。四、拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用1.拉曼光譜技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用隨著當代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對核酸、蛋白質(zhì)、磷脂等生物大 分子的研究已經(jīng)不能滿足于一般性質(zhì)的描述，而在分子水平上探討其 具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)則成為新的研究課題，以進一步揭開生命的奧秘。例 如，人們利用表面增強拉曼

19、技術(shù)解決了生物化學(xué)、 生物物理和分子生 物學(xué)中的許多難題，包括分子的特殊基團，如氨基酸中的氨基、短基、 苯環(huán)等與界面的相互作用，生物分子與金屬表面的鍵合方式，DNA RNA叱咻在銀溶膠上的吸附狀態(tài)等。用常規(guī)的方法難以檢測多肽及蛋白質(zhì) 的結(jié)構(gòu)，或者是方法過于復(fù)雜，不易操作。拉曼光譜可以提供豐富的關(guān) 于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息。蛋白質(zhì)拉曼光譜不僅可以反映肽鏈的骨架振動， 而且可以反映側(cè)鏈周圍微環(huán)境的變化。近年來 ，拉曼光譜已應(yīng)用于研 究蛋白質(zhì)或多肽的一級結(jié)構(gòu)，非折疊蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)裝配的特征描述， 基于蛋白質(zhì)制藥的流程監(jiān)控和質(zhì)量控制， 動脈硬化操作中的鈣化沉積 和紅細胞膜的等諸多方面的研究均有文獻報道。So

20、ng等在研究多肽物質(zhì)聚L-谷氨酸、聚L-賴氨酸無規(guī)則卷曲、A-螺旋和B-折疊構(gòu)象的 紫外共振拉曼光譜的過程中，依據(jù)溶液pH值、溫度與二級結(jié)構(gòu)的依賴 關(guān)系，建立了以酰胺鍵的頻率、強度為依據(jù)的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的研究 基礎(chǔ)。王斌等米用傅立葉光譜技術(shù)對蛋白質(zhì)樣品進行多次掃描，從而對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)進行定量分析。拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光譜很弱、 譜圖又很簡單，故拉曼光譜可以在接近白然狀態(tài)、 活性狀態(tài)下來研究 生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化。在生物的遺傳、變異、生長發(fā)育、以及 繁殖起至關(guān)重要作用的DNA承載了生命體的遺傳信息，是現(xiàn)代分子生 物學(xué)研究的熱點。對于維持生命體正常活動的生物大分子

21、的研究，拉曼光譜是被公認的最有效的方法之一。 拉曼光譜技術(shù)在測量生物大分 子時，具有樣品需要量小、結(jié)構(gòu)信息量大、測量速度快、操作方便、 對樣品無損傷和實時監(jiān)測等優(yōu)點，尤其是在測定水溶液時，幾乎不受 水的干擾。由于許多生物大分子電子吸收位于紫外區(qū)，所以特別適用 于生物樣品的檢測。如果再與SERS相結(jié)合檢測水平已經(jīng)達到了單分 子水平。趙曉杰等研究了叱咻類光敏劑與DNA的相互作用機理。分 析表明：水溶叱咻是以溝槽連接與DNA作用，叱咻與DNA作用后 毗嚏基團向垂直叱咻環(huán)平面方向轉(zhuǎn)過一個小的角度，在445 nm脈沖激光激發(fā)下，口卜咻易于與DNA形成電子激發(fā)態(tài)復(fù)合物。周殿鳳等研 究了小牛胸腺DNM溶液經(jīng)

22、紫外輻射的拉曼光譜圖，試驗結(jié)果表明紫 外輻射使小牛胸腺DNA的構(gòu)象受到破壞，構(gòu)型發(fā)生變化，除部分單雙 鍵發(fā)生了斷裂外，4種堿基也均受到不同程度的影響，其中。密嚏、喋 吟堿基受到的損傷較為嚴重。另外，該試驗也表明，在水溶液中,DNA以B型結(jié)構(gòu)為主，局部的A型結(jié)構(gòu)仍然存在。Takashi等用拉曼光譜 研究了端粒DNA勺溶、液二級結(jié)構(gòu)和核昔構(gòu)象，發(fā)現(xiàn)單鏈和雙鏈端粒DN潴8顯示了結(jié)構(gòu)的多態(tài)性，其B型DNA中雙螺旋是不均勻的。王杰 芳等采用傅立葉變換拉曼光譜研究了質(zhì)粒pUC18DN蔑過C射線電離 輻射以后結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)其脫氧核糖與酸主鏈中各振動模式產(chǎn)生的 譜帶強度有所增加，而各堿基震動譜帶的相對強度則

23、非常弱 ，其結(jié)果 表明堿基受損，主鏈斷裂,超螺旋結(jié)構(gòu)部分解旋。董瑞新等測定了不同 溫度下DNA千維和溶液的拉曼光譜，結(jié)果表明當溫度變化時，堿基、磷 酸根等特征振動都不同程度地受到影響，譜線強度、頻率隨溫度呈非 線性變化。在所有的振動模式中，腺喋吟(A)的特征振動受到溫度的影 響最大。余多慰等對鯽精DNA千維用酸溶液處理不同時間后，將樣品 進行拉曼光譜分析。結(jié)果表明DN附子發(fā)生明顯的質(zhì)子化作用，酸可 以導(dǎo)致DNA中部分喋吟、。密嚏的脫落并探討了其產(chǎn)生原因可能與質(zhì)子 化強度有關(guān)。DNA結(jié)構(gòu)、構(gòu)型的變化(如質(zhì)子化、氫鍵斷裂、堿基受 損傷等)、超螺旋結(jié)構(gòu)等在DNA的復(fù)制、遺傳、變異及修飾等方面至 關(guān)重

24、要,拉曼光譜可以探測到核酸水溶液中主鏈、堿基及磷酸基團的 振動。因此利用拉曼光譜的變化推測生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化有利于研究遺傳信息的特性，并為基因突變、轉(zhuǎn)基因、誘變育種等提供有 力技術(shù)保證。2.拉曼光譜技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)及制藥方面的應(yīng)用拉曼光譜進行體內(nèi)和體外的醫(yī)學(xué)診斷；二是研究人體內(nèi)部的和由外部 吸收的外部試劑，其中包括有意攝入的（如藥物和探測物）和無意感 染的（如病毒和污染物）物質(zhì)與人體的相互作用；三是藥物成分和結(jié) 構(gòu)鑒定。由于檢測技術(shù)的非侵入性和非破壞性，最近十幾年內(nèi)，拉曼 光譜在醫(yī)藥學(xué)上的發(fā)展十分迅速。拉曼光譜對白內(nèi)障、硅肺、動脈粥 樣硬化等疾病的診斷已見報道，在癌癥診斷方面的巨大潛力尤其

25、受到 眾多研究者的重視。拉曼光譜具有很強的分辨相似分子 （藥物及其代 謝物）的能力，對藥材和藥物有效組分成分、濃度和細微結(jié)構(gòu)的無損 分析和鑒定非常有效，特別是最近表面增強拉曼光譜的發(fā)展，使探測藥物及其它有意義的化學(xué)物質(zhì)的藥理特性成為可能。拉曼光譜可以對生物材料樣品進行測定而不會改變樣品的性狀，為此應(yīng)用這項技術(shù)對動物組織和細胞進行研究可用于醫(yī)學(xué)診斷為癌癥診斷和機理分析 提供重要的信息和數(shù)據(jù)。這對于癌癥的診斷具有重要的臨床意義。據(jù)文獻報道，林文碩等采用近紅外拉曼光譜對山藥成分進行分 析。并在山藥的拉曼光譜的基礎(chǔ)上，獲得山藥拉曼一階導(dǎo)數(shù)譜。拉曼 譜中出現(xiàn)的477 cm-1, 863 cni1, 93

26、6 cni1強峰，可認為是山藥的特征 峰。郭萍等采用傅里葉變換紅外（FTIR）光譜和拉曼（FT-Raman）光譜, 對中草藥絞股藍進行了定性分析。在絞股藍的FT-Raman光譜中，在700 cm-1-3500 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi)均有散射特征峰出現(xiàn)，表明它具有 糖類的一些基團，比如羥基、醛基等特征。將絞股藍的FT-Raman光拉曼光譜在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)上的應(yīng)用主要有以下幾個方面:是利用譜與FTIR光譜比較發(fā)現(xiàn)，絞股藍的紅外光譜圖中各官能團的特征伸縮振動產(chǎn)生的吸收帶比較稀疏， 而拉曼光譜檢測譜較為精細。陳偉 煒等利用銀膠表面增強對白術(shù)煎劑進行鑒別，結(jié)果表明其SERS光譜信號明顯增強， 在396cm-1

27、、548cm-1、等處出現(xiàn)了6個明顯的拉 曼信號，分別歸屬于鹵代烯炷、蛋白質(zhì)、色氨酸等成分。結(jié)果表明中醫(yī)藥煎劑的某些基團的分子振動峰在銀膠體系中得到了增強。劉蓬勃等采用傅里葉變換拉曼光譜法鑒別八角茴香及其偽品。結(jié)果表明， 八角茴香在2936 cm1處有一強特征峰，紅茴香、莽草則分別出現(xiàn)2925 cm-1和2918新。八角茴香的1607/1318兩個峰的強度比與莽草1602/1336、紅茴香的1605/1320有明顯不同。根據(jù)這兩個特點，即可將八角茴香與莽草、紅茴香很容易地區(qū)分開。由以上資料表明， 拉曼光譜已成為藥物成分鑒定、藥物真?zhèn)舞b別的又一有效手段。據(jù)文獻報道，J.Renwick Beatt

28、ie等采用拉曼光譜技術(shù)和多變量 分析技術(shù)對肺組織中的生育酚及其氧化產(chǎn)物進行了準確測定和定位， 實現(xiàn)了活體組織的無損測試。李一等收集了10例正常的口腔黏膜組織、20例鱗狀細胞癌組織、30例白斑，并進行近紅外拉曼光譜掃描。 觀察不同病變類型的特征譜線，并通過化學(xué)計量法建模來分析其分類 診斷效力。結(jié)果表明，近紅外拉曼光譜檢測與分類建模技術(shù)相結(jié)合， 可以檢測到口腔正常黏膜、白斑及鱗狀細胞癌樣本中的生化物質(zhì)變化， 并進行準確分類建模診斷。Hiroya等利用近紅外拉曼光譜對甲醛保 存后的肺部腫瘤進行了檢測，結(jié)果表明腫瘤組織的拉曼光譜1610cm1和1627cm1處出現(xiàn)了特征峰，而且在1448cm1和166

29、2cm-1的強度比正常組織的明顯增強。佟倜等為了探索共聚焦激光拉曼光譜儀在檢測癌組織及其癌旁正常組織的特征峰差異，提供分子在光譜水平檢測組 織樣本共聚焦激光拉曼光譜方法，對多種鱗癌組織和正常組織進行了 拉曼光譜分析，發(fā)現(xiàn)鱗癌組織的拉曼光譜在1200 cm-1和1600 cm-1出現(xiàn)了兩個特征峰，而正常組織均未見特征峰。楊繼朋等利用顯微拉 曼光譜儀對胃癌單細胞進行了研究。相對正常細胞的拉曼光譜而言， 胃癌細胞的拉曼光譜在1250cm-1處的峰強度降低，而1094cm-1的峰 強度卻升高了。I1315/11340的值從正常細胞的1.8降到了腫瘤細胞的1.1 , I1655/I1450的比值從正常細

30、胞的1.26降到了腫瘤細胞的1.00 ,以此為標準，可以區(qū)分腫瘤細胞和正常細胞。Xun-LingYan等發(fā)現(xiàn)胃 癌細胞的拉曼光譜與正常胃細胞的拉曼光譜相似，但拉曼光譜的強度比正常胃細胞的低很多；腸癌細胞的拉曼光譜比胃癌的拉曼光譜弱， 很多譜線已經(jīng)消失。通過這些特征拉曼譜線的不同，為癌癥的診斷和 治療提供了有力的實驗依據(jù)，表明拉曼光譜技術(shù)能夠為癌癥的早期檢 測和診斷提供一種有效手段。3.拉曼光譜技術(shù)在食品中的應(yīng)用食品的種類十分豐富，其成分因品種不同而有所差異，但綜合 各種食品，其營養(yǎng)成分主要是糖分、油脂、蛋白質(zhì)和維生素。常規(guī)的 化學(xué)分析方法，如液相色譜法（LC）、氣相色譜法（GC ）等，操 作步

31、驟繁瑣、消耗化學(xué)藥品、需制備試樣，而拉曼光譜技術(shù)能夠克服 這些缺點，因此在食品成分的分析及食品安全監(jiān)測研究中得到廣泛應(yīng) 用。拉曼光譜可用于分析檢測食品中糖類、蛋白質(zhì)、脂肪、DNA、 維生素和色素等成分，還可應(yīng)用于食品工業(yè)快速檢測、質(zhì)量控制、無 損檢測等方面。如奶粉中三聚氧胺的快速檢測；水果蔬菜表面農(nóng)藥殘 余量檢測；酒制品的乙醇、含糖量檢測，產(chǎn)地及真假鑒別；醬油、果 汁等產(chǎn)品的品質(zhì)、真假鑒定；肉制品中的蛋白質(zhì)、脂肪、水分等含量 分析以及新鮮及冷凍程度、產(chǎn)品種類鑒別；加工過程（如混合、加熱 及膠凝等）中對結(jié)構(gòu)變化敏感的各個獨立組分的檢測。近年來，食品 安全成為人們關(guān)注的焦點，在食品安全檢測及非法添

32、加物檢測中，拉曼光譜技術(shù)，因其快速，敏度高等特性，得到了進一步的發(fā)展。糖分一般含有C -H, O-H, C=C,C= O等，雖然基團簡單，卻 是大分子結(jié)構(gòu)，存在許多同分異構(gòu)體，所以分析相對困難。Para d k a r等利用傅里葉拉曼光譜獲得了甘蔗糖、甜菜糖的拉曼光譜。 采用偏最小二乘（PLS）和主成分回歸對摻雜在楓樹糖漿中的甘蔗 糖和甜菜糖含量進行建模，結(jié)果決定系數(shù)0.92，準確率達95%。Barron等用拉曼光譜定性分析了小麥阿拉伯木聚糖的分子化學(xué)鍵和 骨架結(jié)構(gòu)。S ilva等選擇激發(fā)波長1064nm檢測了玫瑰果中的類胡 蘿卜素和亞麻油酸以及玫瑰果種子的不飽和脂肪酸。錢曉凡等在室溫 環(huán)境下

33、用激光顯微拉曼光譜測試5種新鮮水果， 結(jié)果測得的拉曼譜 線均為6-胡蘿卜素的譜線，不同水果的譜線位置略有偏移，可作為 判別不同水果的依據(jù)。Synytsya等人采用傅立葉變化拉曼光譜和傅 立葉變換紅外光譜，對聚半乳糖醛酸（果膠酸），果膠酸鉀鹽及其甲酯 和乙酯衍生物、柑橘果膠及糖用甜菜果膠進行區(qū)分， 并可利用特征譜 帶來判斷果膠中阿魏酸基團含量。朱科等人采用顯微激光拉曼光譜儀研究了小麥胚芽8S球蛋白的二級結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明小麥胚芽8S球蛋 白的二級結(jié)構(gòu)主要為6 -折疊，另外還含有一定量的a-螺旋和無 規(guī)卷曲構(gòu)象。 而應(yīng)用拉曼光譜對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)進行定量研究始于1976年。Lippert等由已知二級結(jié)構(gòu)

34、的蛋白質(zhì)的拉曼光譜得到1組峰強參數(shù)，然后用蛋白質(zhì)拉曼光譜的猷胺III和猷胺I（重水溶 液）譜帶強度建立聯(lián)立方程，從而求解蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。方一行等人用Lippert建立的方程組進行定量計算，求得天花粉蛋白的 二級結(jié)構(gòu)含量為a-螺旋43.5% , 6-折疊31.3%和無序25.2% ,與X射線衍射法的測定結(jié)果一致。李占龍等用拉曼光譜分析玉米種子 不同部位的成分， 發(fā)現(xiàn)不同部位脂類的特征吸收峰的相對強弱是不 同的，其中胚乳中吸收峰強度最強，表明胚乳中脂類占主導(dǎo)。通過拉曼光譜能夠監(jiān)測脂質(zhì)單分子的結(jié)構(gòu)變化，亞油酸在白氧化過程中，拉曼光譜的譜型和峰強都有變化，就可以反映到分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化。隨著社會的進

35、步和人民生活水平的提高， 食品安全已成為全球關(guān) 注的熱點話題，農(nóng)藥殘留污染是制約食品營養(yǎng)與安全的首要因素之一。2008年爆發(fā)的毒奶粉事件曾在食品界引起軒然大波，人們對于食品 安全的關(guān)注也越來越多。農(nóng)產(chǎn)品檢測中心配備的檢測儀器靈敏度高、 專業(yè)性強、檢測方法復(fù)雜，價格昂貴；常規(guī)的檢測方法擁有許多不足。 由于不同農(nóng)藥的分子結(jié)構(gòu)不同，其振動譜也會不同，因此利用拉曼光 譜來識別食品中不同農(nóng)藥殘留、食品污染檢測是可行的。國外應(yīng)用拉曼光譜技術(shù)檢測了在糧食、 蔬菜、水果中普遍使用的殺蟲劑和殺菌劑，取得一定進展。Skoulika等利用傅里葉拉曼光譜 定量檢測了殺蟲劑二嗪農(nóng)，選取554, 604, 631,156

36、2和2971c冷建 立校正模型，所得相關(guān)系數(shù)都達到0.99以上。Sato Berru等選取 甲基對硫磷的特征波段13451110 c m建立線性和非線性數(shù)學(xué)模 型，結(jié)果線性模型的R2=0.996，優(yōu)于非線性模型。Armenta等分別 采用了傅里葉紅外光譜法和拉曼光譜法對異菌脈進行了檢測。發(fā)現(xiàn)傅 里葉紅外光譜法和拉曼法的檢測結(jié)果R2都大于0.996 ,可用于農(nóng)藥異 菌月尿的無損檢測。Hevens等對牛奶中是否含有三聚氧胺作了研究， 利用SERS寸三聚氧胺的特征峰676cm1強度和濃度之間建立校正模型， 得到R2=0.96，其測量極限可達到2.6 X 1 07mol L1o國內(nèi)周小 芳等人應(yīng)用不同

37、波長的激光光源采集了水果表面的農(nóng)殘拉曼光譜。通過比較發(fā)現(xiàn)，運用激發(fā)波長為1064nm的近紅外傅里葉拉曼光譜儀對 信號進行收集，可以減弱熒光背景。肖怡琳等用顯微拉曼光譜儀測試 了幾種用于果蔬表面的農(nóng)藥（如殺蟬、滅多威、撲海因等）拉曼光譜 和熒光光譜，根據(jù)各種農(nóng)藥的特征峰，可以實時快速地區(qū)別各種農(nóng)藥 及其在果蔬表面上的農(nóng)殘。王錠笙等人采用表面增強拉曼光譜，將作為探針分子的三聚氧胺滴加在準備好的增強基底銀膠上，使用便攜 式拉曼光譜儀來進行測試，結(jié)果表明銀納米粒子的表面增強作用明顯， 最小檢測量可達6X 10T2 g,如果與奶粉中或食品中固相萃取技術(shù) 結(jié)合，則可以實現(xiàn)三聚氧胺的現(xiàn)場實時快速檢測。此外，

38、便攜式拉曼 光譜儀因能快速的辨別出容器內(nèi)的液體是水、酒精還是汽油，應(yīng)用于 安檢的事例也有人報導(dǎo)過。拉曼光譜還在水果、蔬菜農(nóng)藥殘留、摻假 等檢測中發(fā)揮著積極作用。便攜式拉曼光譜儀成本較低，方便快速， 將逐漸成為食品檢測中的關(guān)鍵技術(shù)之一。4.拉曼光譜技術(shù)在化學(xué)和材料學(xué)的應(yīng)用拉曼光譜法是一種研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要方法，在化學(xué)和材料的研 究方面，主要是分子定量、定性結(jié)構(gòu)分析，以及物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) 測定上。在材料研究和應(yīng)用方面，拉曼光譜可以用以分析半導(dǎo)體、超 導(dǎo)體、陶瓷、晶體材料等固體材料。已有的應(yīng)用包括：化合物的結(jié)構(gòu) 和某些官能團的確定、聚合物和有機化合物的測試、電化學(xué)研究和腐 蝕研究、化學(xué)反應(yīng)中催化劑

39、作用的研究、對半導(dǎo)體芯片上微小復(fù)雜結(jié) 構(gòu)的應(yīng)力及污染或缺陷的鑒定、 金剛石鍍膜和復(fù)合材料的測試、 超導(dǎo) 體測試、晶體的振動和結(jié)構(gòu)等。由于拉曼光譜具有靈敏度局、不破壞 樣品和方便快速等優(yōu)點，所以利用拉曼光譜可以對納米材料進行分子 結(jié)構(gòu)分析、鍵態(tài)特征分析和定性鑒定等；在催化領(lǐng)域中，大量不同結(jié) 構(gòu)的分子篩被合成出來，但是人們并不很清楚它的合成機理。李燦等 人設(shè)計了原位紫外拉曼光譜，并以此深入研究了磷酸鋁分子篩的晶化 過程，檢測了模板劑和分子篩的結(jié)構(gòu)信息， 發(fā)現(xiàn)了磷酸鋁分子篩形成 初期模板劑的振動與孔道結(jié)構(gòu)形成之間的關(guān)聯(lián)， 檢測到含有四元環(huán)的 無定形孔道中間物， 并觀察到了四元環(huán)向六元環(huán)轉(zhuǎn)換的過程，直

40、接用 實驗驗證了磷酸鋁分子篩合的成機理。 楊瀟等在顯微拉曼系統(tǒng)中測定 了Al-Si共晶體和SiC纖維增強玻璃復(fù)合材料、ZrO2- ALO層狀復(fù) 合材料的空間分布及其殘余應(yīng)變，并得出復(fù)合材料組分中Al 2O3的熒光Ri峰、Si晶體和SiC纖維拉曼峰的位置（波數(shù)）隨應(yīng)變的偏移與 應(yīng)變值都有近似的線性關(guān)系。周鳳羽等用拉曼光譜測量了升溫條件下（298-1473K）鴇鉛礦型鴇酸鉛（PbWO）晶體及其熔體，確定了各 振動模的歸屬。周文平測量并研究了2981573 K范圍內(nèi)能犯酸鉀（KTN晶體的拉曼光譜及其熔體的高溫拉曼光譜， 分析了KTN晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的規(guī)律。張霞在3001173K的溫度范圍下研究了L

41、iB3Q晶體結(jié)構(gòu)隨溫度升高的變化和相變，其結(jié)果與LiB3Q晶體的相圖給出1107 K的相變溫度基本相符。尤林靜測量了銳鈦礦型和金紅 石型TiO 2在2981923K的高溫拉曼光譜，分析了特征峰隨溫度變化 的規(guī)律以及兩種結(jié)構(gòu)相的溫度依賴性，為不同晶型TiO 2的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)。在公安部門拉曼光譜可用于筆跡、 指 紋、文件和印章的鑒定等偵探工作。例如，對不同的書寫筆跡進行檢 驗；對含碳素成分的筆跡進行檢驗；對打印文件、復(fù)印文件、印刷文 件、傳真文件進行檢驗；對印文、指紋上的印泥、印油進行檢驗；在 納米材料的研究方面，拉曼光譜可以幫助考查納米粒子本身因尺寸減 小而產(chǎn)生的對拉曼光譜

42、的影響以及納米粒子的引入對玻璃相結(jié)構(gòu)的 影響。特別是對于研究低維納米材料，它已經(jīng)成為首選方法之一。在 文物鑒定方面，傅立葉變換近紅外拉曼光譜法、傅立葉變換紅外光譜 法等既能分析出字畫的物質(zhì)成分，又不會對文物有任何損傷。拉曼光 譜技術(shù)還可以準確地鑒定寶石內(nèi)部的包裹體 ，提供寶石的成因及產(chǎn)地 信息，并且可以有效、快速、無損和準確地鑒定寶石的類別（天然寶 石、人工合成寶石或優(yōu)化處理寶石）等。五、總結(jié)拉曼光譜分析因其靈敏度高、快速、無損傷及分析效率高的特點 而越來越受到關(guān)注。它將在食品安全檢測、醫(yī)藥、材料、環(huán)境保護、 考古、寶石鑒定等各個領(lǐng)域越來越受到重視。 對文物樣品的無損分析 研究。使文物的鑒定、

43、年代的測定及文物的恢復(fù)和保存的方法更安全 可靠；對爆炸物、毒品、墨跡等的痕跡無損檢測為法庭提供科學(xué)證據(jù) 的有力手段：對寶石的光譜分析研究認識各地寶石中的包含物差異性。 并使寶石的鑒別與評價有了科學(xué)依據(jù)。 近年來該技術(shù)在細胞和組織的 癌變方面的檢測也取得了很大的進展，隨著分析方法完善和研究病例 的增多以及對于病變組織差異性的規(guī)律性認識深化。 拉曼光譜發(fā)展成 診斷腫瘤方法的可行性將得到確認?？傊?，隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢 測裝置的改進，拉曼光譜技術(shù)在當代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中必將得到 越來越廣泛的應(yīng)用。參考文獻11胡曉紅，周金池.拉曼光譜的應(yīng)用及其進展J.分析儀器,2011-11-2822白利濤，張麗萍，趙國文.拉曼光譜的應(yīng)用及進展J.福建分析測試，2011-03-1533楊芳.拉曼光譜技術(shù)與應(yīng)用J.譜學(xué)與光譜分析，2010-11-1544楊永梅拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用的綜述J.科技傳播，2010-10-2355李睿，周金池，盧存福.拉曼光譜在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用J.生物技術(shù)通報，2009-12-2666周安杰，劉洪玲，蘇紅.利用拉曼光譜分析馬海毛纖維的二級結(jié)構(gòu)J.自然科學(xué)，2013-02-1577WANGMin，YU Fa，LONG Quan.The application and development of Raman spectroscopy on protei