拉曼光谱技术

拉曼光谱技术（精选9篇）

拉曼光谱技术 篇1

1 拉曼光谱和共焦显微拉曼光谱仪

拉曼散射起源于分子或晶体内原子之间相对位置的改变,即振动和转动,是研究分子和固体材料结构的一种重要分析手段。与其它分析手段相比较,拉曼光谱技术以其信息丰富,制样简单,对样品无损伤等独特的优点,在化学、物理学、材料学、生命科学、环境学、医药学、地质学、文物考古和公安法学等诸多领域得到广泛的应用[1,2,3]。随着新型激光器、CCD探测器、新型高效率滤光片、共焦技术、三维自动平台等相关实验技术的发展,使得仪器操作更为简便,应用也越来越普及和广泛[4,5,6]。

显微技术与拉曼光谱仪的结合是拉曼实验技术的一次革命性突破,显微拉曼系统利用显微物镜将激光束聚焦在样品上,并利用同一物镜收集拉曼散射光,一方面减少测试所需要的样品量,另一方面也减小测量需要的激光功率,从而大大拓宽拉曼光谱技术的应用范围。更为重要的是,显微技术使得拉曼测量的空间分辨率提升到亚微米和微米尺度,从而为拉曼光谱技术引入一项崭新的实验方法,即拉曼光谱成像。把传统的单点分析扩展到对一定空间范围内的样品同时进行对比分析。

针孔共焦显微技术改善拉曼光谱空间分辨率。普通的显微拉曼系统中,整个“视场”体积内(激光腰部直径×激光穿透深度)的全部样品的拉曼信号都被探测器所收集,而在采用“针孔共焦”显微拉曼系统中,由于引入“激光焦点-共焦针孔-探测器狭缝”光学共轭系统,从而对收集散射光的样品体积进行有效筛选,去除焦点以外区域的样品信号。共焦的优势在于改善空间分辨率,从而可对样品进行“光学切片”测量。下面以HORIBA Jobin Yvon公司的LabRAM系列拉曼光谱仪为例介绍拉曼光谱成像技术及其应用,并特别介绍在LabRAM系列拉曼光谱仪上的新型DuoScan和SWIFT快速拉曼成像技术。

2 拉曼成像技术的实验方法

2.1 拉曼成像技术的基本原理

受益于激光器、单色仪和弱光信号探测技术的不断进步,如今的拉曼光谱不仅能够借助于特征拉曼频率分辨微量的混和物之中的各种化学成分信息,而且可以给出其中各种成分的空间分布信息,其空间分辨率已经接近光的衍射极限,这就是拉曼成像技术。拉曼图像能够揭示样品中主要有哪些化学成分以及各成分的空间位置分布;给出样品中颗粒(聚集体)的尺寸和数目;显示出半导体材料上的应力分布以及微米尺度上的分子取向[7,8]。

实验中,测试样品放置在由步进电机或压电晶体驱动的自动平台上,软件控制平台在XY水平面内移动,移动步长最小可以达到0.1μm,而在Z方向运动是通过移动聚焦物镜或载物平台实现的,步长最小可达到0.1μm,移动范围只受物镜工作距离限制。如果系统中配置不限制样品空间的开放显微镜,那么水平面内的测量范围将不受任何限制。激光束经显微物镜聚焦在样品表面,光斑直径取决于所使用的物镜的数值孔径,大小约为1～2μm,设定测量范围和步长以及测量条件后,由软件控制在每个样品点采集光谱,最后软件基于这一系列光谱数据,利用不同成分特征拉曼频率的强度变化,构建出该种成分在样品上的空间分布图,这就是拉曼光谱图像。通过仔细挑选互相不重叠的特征拉曼峰,样品中各种不同成分的空间分布可以独立地绘制图像,这种成像方式可以充分利用共焦系统的空间滤波特性。

但是拉曼成像测量中获得的样品信息量和总采集时间之间存在着不可兼顾的矛盾,要获得更多信息,必然需要测量更多点的光谱,从而必然导致采集时间的延长。这一矛盾限制对样品进行较大面积范围的拉曼成像测量。例如对样品上30×30μm范围进行光谱成像测量时,如果步长选择3μm,需要测量100条光谱,而步长为1μm时就要测量900条光谱,因而需要9倍的测量时间。特别需要注意的是如果测量步长大于实验关注对象的尺寸时,关注对象可能位于两个测样点之间,从而导致信息丢失,例如,拉曼成像测量过程中步长设为3μm,而激光光斑只有1μm,两个测量点之间有2μm的区域没有被激光覆盖。此时如果测量对象是纳米尺度的碳管,则很可能因为碳管位于两个测量点之间而不能被发现。因而拉曼成像方法的应用局限在亚微米尺度。

解决上述矛盾的一种方式是采用.“线扫描”成像,利用一组激光扫描装置使光斑沿着一条X方向的直线的形式聚焦在样品表面,这个线状光斑成像在光谱仪的入射狭缝上,从而整个线状光斑辐照范围内各样品点上的拉曼散射光成像在不同的CCD像元上,同时收集多条光谱,再通过样品沿Y方向的移动就可以获得一定面积内全部样品的拉曼图像。

线扫描模式的优势在于它仅用很小的成本就很大程度上提高测量速度,并且由于激光功率分布在一条线上,从而减小样品热分解或光化学反应的可能。但其缺点也是明显的,线扫描只限于可见光激发,样品表面必须是平整的,该模式下未能充分利用系统的共焦性能。也有采用柱面镜代替扫描装置聚焦激光的系统,显然由于激光光强呈高斯分布,这种配置无法避免线光斑上功率不均匀的问题。

2.2 拉曼成像新技术DuoScan和SWIFT

HORIBA Jobin Yvon公司最新推出DuoScan和SWIFT快速拉曼成像技术,其特有的创新性光路、探测器和控制软件能够以前所未有的高速度提供真正共焦拉曼图像,使得利用拉曼光谱进行化学成像的能力不再受限于很长的信号采集时间,且同时保持单点测量所拥有的真正共焦性能。

2.2.1 DuoScan

DuoScan是一种全新的成像技术,通过两面可高速转动的反射镜控制激光束在样品表面以用户选择的模式扫描,从而创建拉曼图像。图1是DuoScan成像的光路原理图。

DuoScan有3种工作模式:(1)平均模式:用户根据样品情况选定测量区域(l～300μm,方形、圆形或任意形状),通过两面反射镜的高频转动使得激光光点在样品上快速、连续地扫描,等价于一个大面积的光斑,从而获得该区域所有成分的平均光谱,适合光敏感生物样品的拉曼成像。(2)逐点模式:预先在样品上选定一个区域,然后在此区域内进行精细的逐点扫描(最小步长可低至50nm),从而构建出拉曼图像,适合亚微米尺度的化学成像。(3)大范围扫描模式:采用大光斑,借助于自动平台的移动,对较大样品进行全覆盖扫描,在整个样品表面记录光谱并构建拉曼图像,实现样品表面无信息遗漏。这种模式特别适用于组分分布分析或者定位衬底上的污染物、纳米材料等小尺寸对象。

无论很小或者很大的样品区域,都可以采用DuoScan模式进行快速、均匀的扫描,因为扫描步长可低至50nm,所以拉曼成像由亚微米尺度扩展到宏观大尺度。该模式不使用透镜之类光学元件,工作光谱范围220～1600nm,因而适合从紫外到近红外范围任何激发光。在DuoScan的所有模式下,拉曼光信号都保持在共焦光轴上,因而测量结果保持很好的共焦特性,共焦图像的生成变得更快速、更容易,也更加灵活多样。

2.2.2 SWIFT

SWIFT (Scanning With Incredibly Fast Times)意味着“难以置信的快速扫描”。通常,每个样品点数据采集时间不能小于500ms,但是采用SWIFT模式新型数据采集方法可以把这个时间降低到小于5ms,因而该模式适用的样品只能是那些信号非常强,能够在很短时间内采集到足够信号。

图2显示SWIFT模式的工作原理,实验中始终保持CCD探测器前的快门打开,在自动平台沿着一条直线快速移动的同时同步采集拉曼信号,该方法能保持拉曼系统的真正共焦性能。

3 拉曼成像技术的应用实例

3.1 拉曼成像研究药物片剂中活性组分分布

药物学研究表明,药物片剂的药效不仅取决于药物的化学浓度,其颗粒大小、结晶度以及各成分在片剂中的分布等物理性质对药物的稳定性均有很大的影响。因此在药物配方和加工过程中,控制药剂的物理特性就显得至关重要。拉曼光谱可以快速、无损伤地测定固体药剂中活性组分、配剂及赋形剂的颗粒大小及分布,成为药物片剂分析的良好工具。

在LabRAM HR800光谱仪上用DuoScan技术分析一片直径约为12.5 mm药片,激发波长514.5nm,首先在大范围扫描模式下对整个药片成像,每取样点(光斑)尺寸为100×100μm2,测量用时10min。然后对左上矩形小区域逐点扫描成像,每取样点尺寸为1×1μm2,用时共150min。图3中是根据各取样点的拉曼光谱生成的拉曼图像,浅色部分对应于纤维素组分,深色对应于硬脂酸镁组分。

a.药片;b.全片拉曼图像;c.局部拉曼图像

药片的拉曼图像说明超级快速光谱图像所具有的本领。共焦拉曼图像能够给出在样品内不同组分的空间分布以及局部浓度等。由于生成这样一个图像需要约40000条拉曼光谱,所以在进行这样的分析时,速度是至关重要的。DuoScan和SWIFT最大程度提高采集速度,并且没有以损失拉曼光谱数据为代价。

3.2 拉曼成像研究单晶硅表面上的单根碳纳米管

碳纳米管是重要具有优异的物理和化学性质,是一种具有重要的应用前景的新型材料。拉曼光谱一直是研究碳纳米管结构和性质的重要实验分析手段之一[9,10]。单壁碳纳米管拉曼光谱的特征峰主要是180 cm-1附近的呼吸振动模(radical breathing mode,RBM)、1300 cm-1附近的与杂质和缺陷相关的D模以及1580 cm-t附近的正切拉伸G模。研究表明G模的线型和位置可以用来分辨金属性和半导体性单壁碳纳米管[11]。

实验测试样品是分布在单晶硅表面上的一些单根的碳纳米管,使用LabRAM HR 800光谱仪,激发波长514.5 nm,50倍物镜。首先获得样品的白光显微像(见图4a),从中无法找到碳纳米管的存在;再用DuoScan的大范围扫描模式对图4a中所示矩形区域(1.2×0.6 mm2)进行快速拉曼成像分析,光斑尺寸30×30μm2,样品上共有约800个取样点。每点积分100 ms获得拉曼光谱,图4b是其中一点测到的拉曼光谱,可以看到单晶硅和碳纳米管的特征拉曼峰,图4c是整个区域的拉曼成像结果。根据特征拉曼频率很容易地找到两根不同的碳纳米管。然后再对其中一根碳纳米管所在位置(见图4c中矩形区域)进行精细的逐点扫描,步长0.5μm,光斑尺寸1×1μm2,拉曼成像结果(见图4d),图中清晰地显示出单根碳纳米管所在。实验结果再次表明,DuoScan拉曼成像技术既可以快速容易地找到宏观区域内微量污染物的存在,又可以对污染物进行准确地定位。

4 结论和展望

拉曼成像是拉曼光谱分析方法新的拓展,具有重要应用价值。DuoScan和SWIFT成像技术特有的创新性光路、探测器和软件组合能够以前所未有的速度提供真正共焦拉曼图像。随着激光技术和信号探测技术发展,拉曼成像技术也在不断地改进和完善,新的实验技术一方面将使得测量变得更加高速快捷,另一方面能够给出更加丰富的样品信息。

致谢:

感谢HORIBA Jobin-Yvon公司刘仕锋先生提供的技术帮助以及Dr.Kalbac,Heyrovsky Institute,Prague,Czech Republ ic授权使用3.2节中的实验结果。

参考文献

[1] K.Kneipp,Y.Wang,H.Kneipp,et al.Single Molecule Detection Using Surface-Enhanced Raman Scattering.Phys.Rev.Lett.1997,78:1667～1670

[2] YunWei,Charles Cao,Rongchao Jin,Chad A.Mirkin.Nanoparticles with Raman Spectroscopic Fingerprints for DNA and RNA Detection.Science 2002,297:1536～1540

[3] J.Steidtner and B.Pettinger.Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Microscopy on Single Dye Molecules with 15 nm Resolution.Phys.Rev.Lett.2008,100:236101～236104

[4] 任斌,田中群.表面增强拉曼光谱的研究进展,现代仪器,2004,(5) :1～8

[5] A.Dogariu,A.Goltsov,D.Pestov,A.V.Sokolov and M.Scully.Real-time detection of bacterial spores using coherent anti-Stokes Raman spectroscopy.J.Appl.Phys.2008,103:036103～036105

[6] M.Gaft & L.Nagli.UV gated Raman spectroscopy for standoff detection of explosives.Optical Materials,2008,30(11) :1739～1746

[7] S.Bernard,O.Beyssac and K.Benzerara.Raman mapping using advanced line-scanning systems:geological applications.Applied Spectroscopy,2008,62(11) :1180-1188

[8] J Chan,D.Taylor,S.Lane,Nondestructive identification of individual leukemia cells by laser trapping Raman spectroscopy.Anal.Chem.,2008,80(6) :2180～2187

[9] Jishi R.A.,Venkataraman L; Dresselhaus M S,et al.Phonon modes in carbon nanotubules.Chem.Phys.Lett.,1993,209:77～82

[10] S.S.Fan,L.Liu and M.Liu,Monitoring the growth of carbon nanotubes by carbon isotope labelling.Nanotechnology,2003,14(10) ,pp.1118～1123

[11] S.D.M.Brown,P.Corio,A.Marucci,and M.S.Dresselhaus,Anti-Stokes Raman spectra of single-walled nanotubes.Phys.Rev.2000,B 61:R5137～R5140

拉曼光谱技术 篇2

用激光激发的拉曼光谱和荧光光谱(PL)对物质分子的组成与结构的.分析是很灵敏的.本文采用激光拉曼光谱和荧光光谱分析方法对灵芝(Canoderma lucidum(Curtis)P.Karst.)的特性进行表征与研究,特别是对不同地区生长的灵芝菌肉及菌管的发育状况进行比较、并进行对应的光谱表征比较研究,给出一些有价值的结果.这种光谱分析方法具有特征性强、取样量小且简便迅速等特点,对各种灵芝特性的鉴别和经济价值的确认具有重要的意叉.

作 者：黄伟其 韩志V 吴兴亮 许丽 吴克跃 刘世荣 秦朝建 蔡绍洪 王海旭 金锋 HUANG Wei-qi HAN Zhi-rong WU Xing-liang XU Li WU Ke-yue LIU Shi-rong QIN Cao-jian CAI Shao-hong WANG Hai-xu JIN Feng  作者单位：黄伟其,韩志V,许丽,吴克跃,蔡绍洪,王海旭,金锋,HUANG Wei-qi,HAN Zhi-rong,XU Li,WU Ke-yue,CAI Shao-hong,WANG Hai-xu,JIN Feng(贵州光电子技术与应用重点实验室,贵州大学,贵阳,550025)

吴兴亮,WU Xing-liang(贵州科学院,贵阳,550001)

拉曼光谱技术在林业中的应用 篇3

1928年印度物理学家拉曼 (Raman CV) 在研究物质对光的散射时发现:在光散射过程中, 除了与入射光频率相同的瑞利散射光外, 还发现有一系列其它频率的光, 这些散射光对称地分布在瑞利散射光的两侧, 但其强度通常只为瑞利光强度的10-6-10-9。之后这种散射被命名为拉曼散射光谱。

拉曼光谱技术根据物质的分子振动光谱来识别和区分不同的物质结构, 成为研究物质结构的有效手段, 其优点主要体现在:

第一, 拉曼光谱对于样品制备没有特殊要求。对形状、大小要求低, 不必粉碎、研磨, 不必透明, 可以在固态、液态、气态多相态下测量。

第二, 对于样品数量要求比较少。可以是毫克甚至微克的数量级, 适于研究微量和痕量样品。

第三, 拉曼光谱采用光子探针, 对样品是无损伤探测。适合对那些稀有或珍贵的样品进行分析。

第四, 可以直接测量水溶液样品, 比较适合于生物样品的测试, 甚至可以用拉曼光谱检测活体中的生物物质。

2 常用的拉曼光谱检测技术

拉曼光谱最初用的光源是聚焦的日光和汞弧灯, 由于它强度不高和单色性差, 限制了拉曼光谱技术的发展;直到20世纪60年代发现激光后, 才使拉曼光谱技术得以迅速发展, 并结合生化、显微、电磁分析技术, 拉曼光谱检测灵敏度和精度得到显著的提高。

2.1 表面增强拉曼光谱 (SERS)

1974年Fleischmann等人发现吸附在粗糙化的Ag电极表面的吡啶分子具有巨大的拉曼散射现象, 被称为表面增强拉曼散射 (SERS) 。SERS技术是一种新的表面测试技术, 具有极高的灵敏度和选择性等多种独特的优点。它可以在分子水平上研究材料分子的结构信息。

2.2 共振增强拉曼光谱 (RRS)

当激发光的频率接近或等于被测分子的电子吸收频率 (紫外-可见光) 时, 某一条或几条特定的拉曼线强度会急剧增加 (增强102~106倍) , 甚至可以出现正常拉曼效应中观察不到的泛频及组合振动频率的谱峰。

共振拉曼光谱具有灵敏度高, 可检测低浓度和微量样品, 可研究大分子聚集体的局部结构, 成为研究有机分子、离子、生物大分子甚至活体组织的有利工具。

2.3 共焦显微拉曼光谱 (CRM)

共焦显微拉曼光谱技术是将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的一种应用技术。其特征是入射激光通过显微镜聚焦后, 照射到被测样品上, 从而可以在不受周围成分干扰的情况下, 精确获取微区内的化学信息, 如化学成分、晶体结构、分子取向及分子间相互作用等。近几年共聚焦显微拉曼光谱在成分检测、文物考古、公安法学、催化剂研究等领域有着广泛的应用。

2.4 傅立叶变换拉曼光谱 (F T-Raman)

傅立叶变换拉曼光谱一般采用波长1064nm的为近红外激光作为激发光源, 分子的荧光不被激发, 可以避免许多样品拉曼光谱中的荧光干扰, 近90%的化合物可获得拉曼光谱。以迈克尔逊干涉仪和傅里叶变换实现光谱多通道同时检测, 具有仪器装置体积小、分辨率高、波数精度及重现性好、测量速度快、近红外光可穿透生物组织获取其内部分子的信息等特点。这些特点使FT-Raman光谱在生物、地质、医学等领域得到了广泛的应用, 也日益受到人们的重视。

3 拉曼光谱技术在林业中的应用

3.1 拉曼光谱技术在林木种子检测中的应用

林木种子的优劣是造林的关键, 选用良种是培育壮苗和林木速生、丰产、优质的重要措施。在选种时, 先从遗传品质优良的采种母树上采集种子, 将种子抛光, 能够看到胚、胚乳、白色的糊粉层, 在拉曼光谱仪下对种子胚中蛋白质的含量、胚乳中脂类的含量以及碳水化合物的含量与分布进行测定, 分析其发芽能力、判断其质量优劣, 评定其利用价值, 使育苗和播种的风险减少到最低程度。

3.2 拉曼光谱技术在植物叶绿素检测中的应用

叶片是植物光合作用的重要器官, 叶色变化在很大程度上反应了植物光合作用的强弱。叶色变异是林木常见的突变或病变性状, 直接或间接影响叶绿素的合成和降解, 导致叶绿素含量发生变化, 进而影响植株的光合效率, 造成减产, 严重时甚至导致植株死亡。另外一些利用叶绿素变化开发的观赏植物, 都需要对叶绿素含量进行快速、无损伤的测定, 利用拉曼光谱测定活体生物的叶绿素含量已取得了积极的研究结果。可以预见, 便携的拉曼光谱仪可以对活体生物的叶绿素含量进行快速、准确、无损伤鉴定, 甚至可以对特定的有机物进行测定, 可以满足多方面的需求。

3.3 拉曼光谱技术在植物有效成分分析中的应用

在经济植物和药用植物的开发利用过程中, 常常要检测不同产地、不同部位有效成分的含量和质量, 以提高效用和经济价值。周群等人用傅立叶变换拉曼光谱法对12个不同产地、不同种植方式及不同采集时间的中药材黄芩进行了快速鉴别。熊平等人用拉曼光谱分析了毛茛科草乌属植物北乌头的块根, 对比了生草乌与熟草乌中各成份的改变情况, 给出了多种生物碱分子内部的信息, 可以有效地反映单一或混合体系的结构特征。拉曼光谱法相比传统的中草药鉴别方法, 更直接、快速, 不破坏样品的原性质且更准确, 也更具科学性。陈颖等人用拉曼光谱测试了如福建省不同产地的木薯、番薯、芭蕉芋等植物淀粉的直链淀粉和支链淀粉、脂类物质和蛋白质的含量, 分析和比较了主要品种和产地的植物淀粉的理化性质, 指明了在食品、纺织和造纸等工业中高度利用和深度开发淀粉资源的方向。

3.4 拉曼光谱技术在木材材性检测中的应用

木材的材性表现为天然耐腐 (蛀) 性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、力学强度和尺寸稳定性等方面。因树种材性的不同, 其用途各异, 价格差异非常大。用拉曼光谱仪可以测定木材的纤维素、半纤维素和木质素、金属、Si O2等物质的含量和玻璃化温度, 从而对木材材性进行量化分析。

为了改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征, 目前出现了木材碳化技术和木材改性技术。对经过改性处理的木材进行微结构特征拉曼光谱分析, 并和改性前各项指标进行对照, 以确定最佳改性工艺, 导向最佳材性, 发挥普通木材的最好效益。

4 结束语

随着激光技术的发展和检测装置的改进, 拉曼光谱技术越来越完善。现代的拉曼光谱仪可以进行工业在线和远距离原位在线分析, 以提供更多的实时信息, 对各学科的发展提供了强有力的研究手段, 也必将在林业生产和科学研究中得到越来越广泛的应用。

摘要：介绍了拉曼光谱的发现发展、技术特点及常用的拉曼光谱检测技术, 总结了运用该技术在林业生产和研究的多个领域的最新应用和进展, 并对其前景进行了展望。

家兔晶状体拉曼光谱空间分布研究 篇4

晶状体透明性的维持与其蛋白的.结构成分极为密切,因此研究晶状体内的蛋白空间分布变化有重要意义.由实验中得到的450 cm~(-1)～2 000 cm~(-1)范围内健康家兔晶状体拉曼光谱,计算了家兔晶状体蛋白中三条氨基酸侧链和两条蛋白质主链拉曼谱峰沿赤道部和视轴部的光谱强度,根据实验结果讨论了这五条拉曼光谱在家兔晶状体中的空间分布特性.

作 者：方立铭 李国柱 桂常青 张鹤 李宽国 刘广菊 FANG Li-ming LI Guo-zhu GUI Chang-qing ZHANG He LI Kuan-guo LIU Guang-ju 作者单位：方立铭,李国柱,FANG Li-ming,LI Guo-zhu(皖南医学院,医用物理学教研室,安徽,芜湖,241002)

桂常青,张鹤,GUI Chang-qing,ZHANG He(皖南医学院,机能实验中心,安徽,芜湖,241002)

李宽国,刘广菊,LI Kuan-guo,LIU Guang-ju(安徽师范大学,安徽,芜湖,241000)

拉曼光谱技术 篇5

为了解决传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品、检测单一性等问题, 即一种方法或程序只能对一两种农药的残留进行分析。这些方法的分析过程比较复杂, 取样时间较长, 不能实行现场实时检测等。采用拉曼光谱在检测农药残留进行农药残留检测, 首先必须获得各种样品水果的拉曼数据, 然后分别测量样品农药的拉曼光谱, 分别形成数据库以便识别, 最后看喷有农药的水果的拉曼光谱。根据不同分子间的拉曼光谱震动, 通过和无农药残留样品光谱对比, 峰值对比, 来实现检测水果表皮是否有农药残留的以及可能的农药品种。

1 国内外研究现状分析

随着各国经济的飞速发展和居民收入及生活水平的稳步提高, 人们的饮食文化的改变, 这对食品质量提出了很多要求。实现食品快速无损的农药残留检测需要技术先进、性能优良的设备来实现检测, 是满足人们对食品安全健康的需求的发展方向。

目前, 国外检测农药残留的方法已经建立健全的检测机制和检测标准, 国内只是对一部分使用农药建立了检测标准, 大多集中在传统的方法, 国内使用拉曼光谱仪器检测农药残留的研究的并多, 大多数集中在液体农药, 忽视了粉末农药, 不是很符合农药残留检测的实际情况。基于拉曼光谱技术检测水果表面农药残留的方法。本研究旨在利用拉曼光谱技术, 以水果为研究载体, 不探究水果常用农药残留检测的方法, 为实现农药残留无损、快速、在线检测奠定技术基础。

2 研究目标

通过对农药残留检测方法的调查研究, 建立快速无损的检测数据库主要目标如下:

(1) 学习拉曼光谱技术, 了解仪器原理和熟练操作拉曼光谱仪器

(2) 分析农药残留检测现状, 采集样品农药拉曼光谱, 掌握样品农药的拉曼光谱特征。

(3) 采集水果样品的拉曼光谱图, 掌握水果样品表皮的拉曼光谱特征

(4) 建立该样品农药在水果样品快速无损检测的光谱特征, 为实现快速无损检测提供

3 研究内容

为了解决传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品、检测单一性等问题, 即一种方法或程序只能对一两种农药的残留进行分析。这些方法的分析过程比较复杂, 取样时间较长, 不能实行现场实时检测等。采用拉曼光谱在检测农药残留进行农药残留检测, 首先必须获得各种样品水果的拉曼数据, 然后分别测量样品农药的拉曼光谱, 分别形成数据库以便识别, 最后看喷有农药的水果的拉曼光谱。根据不同分子间的拉曼光谱震动, 通过和无农药残留样品光谱对比, 峰值对比, 来实现检测水果表皮是否有农药残留的以及可能的农药品种。

4 拟解决的关键问题

4.1 解决传统检测方法的不足

4.2 单一方法检测多样品农药留

4.3 实现农药残留的快速、无损、实时现场检测

5 结束语

首先从理论上查找农药残留的方法, 找出各个方法的优缺点, 学习拉曼光技术的相关理论知识, 同时学习实验仪器的使用为方案实施奠定基础。主要完成农药光谱的采集, 水果样品选定和采集样品数据, 并通过配套软件对样品采集数据进行分析并得出结论。

摘要：随着我国经济的不断发展, 人民生活水平日益提高, 对生活质量要求越来越高, 食品安全问题成为目前我国广泛关注的焦点问题。食品问题关乎人的生命安全以及健康, 农药残留是食品安全问题中不容忽视的一项。与传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品、检测单一性等, 快速、无损、实时在线是农药残留检测的发展方向, 利用拉曼光谱技术, 以苹果为载体, 常用农药为研究对象, 初步实现水果表面常用农药的快速无损检测方法。

关键词：拉曼光谱,农药检测方法,水果

参考文献

[1]陈著蓄, 李永玉, 王伟, 等.微量有机磷农药残留近红外光谱快速检测方法[J].农业机械学报, 2010, 41 (10) :134-137.

[2]秦胜利, 于建生.农药残留检测技术研究进展[J]河南化工, 2011, 38 (1) :16-18.

[3]田国辉, 陈亚杰, 冯清茂.拉曼光谱技术的发展及应用[J].化学工程师, 2008, 148 (1) :34-36

[4]陈晨.水体污染物拉曼光谱检测的数据处理与建库技术[D].华中师范大学, 2006.

[5]周小芳, 方炎, 张鹏翔.水果表面残留农药的拉曼光谱研究[J].刀光散射学报, 2004, 16 (1) :11-14.

拉曼光谱技术 篇6

1 资料与方法

1. 1 一般资料

对在我院治疗的31 例患者资料进行分析, 将其设置为实验组, 其中男21 例, 女10 例, 年龄35 ~ 68岁, 平均 ( 46 ± 0. 8) 岁, 患者从发病到入院治疗时间为1. 1 ~ 5. 9 月, 平均病程为 ( 3. 2 ± 1. 1) 月; 选择同期医院的31 例正常患者作为对照组, 男27 例, 女11 例, 年龄38 ~ 67 岁, 平均 ( 45 ± 1. 3 ) 岁。实验组患者对治疗方案、护理措施等有知情权, 患者年龄、病程等差异不显著 ( P > 0. 05) , 具有可比性。

1. 2 方法

入选患者均给予常规方法检查, 采用主成分分析和线性判别分析方采用表面增强拉曼光谱技术进行分析, 具体如下: ( 1) 材料准备。采用上海国药集团化学试剂有限公司产生的氯金酸、柠檬酸三那, 采用质量法对混合统计以及溶液进行调配, 实验中所使用的天平误差为是万分之一。 ( 2) 金胶的调配。检查时利用柠檬酸盐还原氯金酸法进行配制, 调配方法参照相关操作步骤进行。研究中最终获得的金胶吸收峰为525mm, 金那木离子的平均粒径为 ( 34± 5 ) nm, 然后在离心速度为15000r / min下进行10min离心, 并将下层浓缩的金胶进行避光保存[3]。 ( 3) 样品的准备和收集。取口腔癌患者以及健康者组织样品直径为5 ~ 10mm组织块。所有样品均采用生理盐水进行清洗, 并保存在- 80℃条件下, 将其制成厚度为25im的冰冻切片, 放置在高纯度铝片上。 ( 3) 将2μL经过离心浓缩在金胶均匀的滴在组织表面, 1min后进行测量, SERS光谱的测量范围为400 ~ 1650cm- 1, 设置相关参数, 如: 激光波长785nm, 显微镜头为20 倍物镜, 曝光时间控制在10s, 曝光2 次[4]。

1. 3 统计学方法

采用SPSS16. 0 软件进行分析, 计数资料进行 χ2检验; 计量资料行t检验, 采用 ( 均数 ± 方差) 表示, P < 0. 05 为差异具有统计学意义。

2 结果

本研究中, 光谱的测量范围400 ~ 1750cm- 1波数。且和没有加入胶体组织样本常规拉曼光谱信号相比能够明显的观察谱峰, 并且则会增强谱峰强度, 实验结果显示: 金胶与肿瘤病理组织之间具有较强的作用, 见图1。

本研究中, 31 例正正常者口腔组织和口腔癌组织SERS光谱及其标准差具有较大的相似性和其他光谱峰强度差异显著 ( P < 0. 05) , 见图2。

3 讨论

口腔癌是临床上常见疾病, 这种疾病发病率较高, 且随着人们生活节奏的加快其发病率出现上升趋势, 影响患者生活质量。目前, 对于口腔癌诊断方法相对较多, 常规诊断方法诊断率虽然较高, 但是误诊率或漏诊率也较高, 对患者最佳治疗等产生很大的影响临。因此, 临床研究积极有效的口腔癌诊断方法具有重要意义[5]。

近年来, 表面增强拉曼光谱技术在口腔癌诊断中广为使用, 且效果理想, 本次研究中, 光谱的测量范围400 ~ 1750cm- 1波数。对比未加入胶体的组织样本常规拉曼光谱信号, SERS光谱中可以观察明显谱峰, 谱峰强度也有显著增强。由此说明: 金胶与组织之间有着强烈的相互作用。研究中采用金纳米为增强基底的组织SERS光谱结合PCA - LDA多元统计分析算法进行口腔癌组织的检测和诊断研究, 实验结果显示: 正常组织和口腔癌组织在SERS光谱上存在一定的差异, 并且诊断灵敏度和特异性也相对比较高。且口腔癌组织在发生和发展过程中生物分子变化明显[6]。如: 和正常组织样本相比, 癌组织中蛋白质结构发生明显的变化, 磷脂质的相对含量将出现明显的降低, 并且组织内的氨基化合物和组蛋白等含量将出现上升趋势。同时, 临床上利用表面增强拉曼光谱技术联合PCA - LDA多元技术能够区分, 提高口腔癌确诊率。但是, 临床上采用表面增强拉曼光谱技术时对设备等要求相对较高, 对医师的专业技能等要求也比较高, 这些均需要进一步研究和探讨, 从而为临床应用提供更加准确、可靠的信息[7]。本次研究中, 31 例正正常者口腔组织和口腔癌组织SERS光谱及其标准差具有较大的相似性和其他光谱峰强度差异显著 ( P < 0. 05) 。Culha和Vo - Dinh等人进行了一次实验, 实验中发展了一系列利用SERS基因探针对口腔癌患者基因BRCA1 和抗凋亡基因BAX的检测方法, 这种检测方法和其他检测方法相比优势较多, 它通常是将拉曼活性分子和寡核苷酸链结合形成拉曼检测探针, 并采用这个探针和目标链进行杂交, 从而将信号分析转移到金属基底表明并且能够产生SERS信号, 从而能够对目标链实现检测。此外, Cao等人进行了一次实验, 实验中将6 种拉曼活性标志物到6 中不同的寡核苷酸链上, 并且和直径控制在13nm的金纳米粒子结合得到核酸探针, 并且将这个探针和目标链在芯片上进行一定时间内的杂交, 然后采用银染的方法对信号进行增强, 从而能够实验核酸的多组分检测, 实验结果显示: 采用表面增强拉曼光检测最低极限能够达到20f M。根据相关研究结果显示: 针对口腔癌的致病基因设计的一段发卡形的分子新表, 然后在其两端修饰巯基和拉曼活性物分子并将其固定在银纳米粒子表面, 当目标DNA和分子新表结合后可以实现不同基因的灵敏检测[8]。综上所述, 口腔癌患者在进行口腔癌病理分析时采用表面增强拉曼光谱技术效果理想, 能够提高临床确诊率, 值得推广使用。

参考文献

[1]代剑华, 饶云江, 冉曾令, 等.胃黏膜正常, 肠化和腺癌组织基因组DNA的拉曼光谱分析[J].光电工程, 2010, 37:25-29

[2]曹晓卫, 刘文华, 李欣然, 等.金纳米粒子组装体系中偶联单分子层膜结构的SERS光谱表征与分析[J].物理化学学报, 2011, 27:1600-1608

[3]崔颜, 任斌, 田中群.基于纳米技术的表面增强拉曼光谱在细胞研究中的应用[J].东南大学学报 (医学版) , 2011, 30:254-262

[4]冯尚源, 潘建基, 伍严安, 等.基于SERS技术结合多变量统计分析胃癌患者血浆拉曼光谱[J].中国科学·生命科学, 2011, 41:550-557

[5]陶站华, 姚辉璐, 王桂文, 等.利用拉曼光谱分析顺铂诱导的胃癌细胞凋亡[J].光谱学与光谱分析, 2009, 29 (9) :2441-2445

[6]陈伟炜, 冯尚源, 林文硕, 等.白术煎剂表面增强拉曼光谱分析[J].光谱学与光谱分析, 2009, 29 (9) :2450-2452

[7]王平, 黄耀熊.激光拉曼光谱法研究乙醇对血红蛋白结构的影响[J].Chinese Journal of Medical Physics, 2011, 28 (3) :2674-2676

在线拉曼光谱的应用 篇7

出于控制产品质量的需要,工业中需要对生产中化学反应进行控制,传统的控制主要选择温度、压力和流量等参数,对于过程中化学成分的变化等一般采取固定时间取样,通过预处理、分析提纯得到样品后,进行化学分析。这种方法检测周期长,无法实时的反映出反应中化学成分的变化,不利于及时调整操作,影响最终产品的质量。并且在某些特定生产环境,如高温、高压、有毒,无法进行直接取样测量的工作。光纤纤维的发展改变了光谱的工作方式,光谱仪可以采取探头和主体分离,提高了使用的灵活性,使得拉曼光谱在线分析样品成分成为可能[2]。

1 拉曼光谱的原理

当单色入射光的光子与所测量的样品间的分子发生能量交换时,光子将改变运动方向,于此同时光子的部分能量传递给分子,或者分子的部分能量传递给光子,因而光子的频率发生了改变,这种非弹性散射的过程称为拉曼散射。所测量物质分子的振动和转动决定了拉曼谱线的特征。

同样因分子内部振动产生的还有红外光谱,拉曼和红外光谱都能用于检测分子中的官能团。拉曼光谱主要鉴定分子中均衡对称的官能团;而不均衡对称的官能团在红外光谱上有很强的吸收峰[3]。

2 在线拉曼光谱仪的特点

传统的拉曼光谱仪主要分为以下几个部分:计算机,激光光源,激光引入元件,采样系统,信号光路,光谱仪,探测器。不同于离线光谱分析,在线光谱分析考虑的中心是被测样品,需要检测系统能够短时间多点连续测样,并且仪器结构坚固,适合复杂的工作环境。拉曼光谱分析时候要用到激光光源,而激光可能对人员造成伤害,尤其是可能对操作人员的眼睛造成伤害。因此现场工作的拉曼光谱需要更好的考虑仪器的封闭性,保证操作的安全。

传统的光谱仪需要将样品放置于载物台或者样品池中,这样不便于在线测量。随着光纤技术的发展,开始以探针的方式与各种光谱仪结合使用。原理为激光通过光纤到达探头,然后与样品作用,产生的散射信号由探头收集,再次通过光纤传到检测器。

探头简单的可分为外置式和插入式两种[2],或者按光纤分为双光纤,单光纤,多光纤探头。光纤的特点在于信号传输过程中,损耗极低,因此测量设备和被测对象之间的位置可以做到相对较远;同时光纤抗干扰,抗腐蚀能力很好,适用于一些较恶劣的环境。因此探针的出现简化了传统光谱的系统,提高了测量仪器和测量点之间的距离范围,使得在线、实时分析,多点测量切实可行,目前已出现很多商业化的探头[4]。

光谱仪设计关键在于:仪器的稳定性,尺寸,测量精度。目前主要有两种光谱仪被应用在在线测量上,分别为色散型和傅立叶变换两种光谱仪。

目前,工业上实际应用中普遍采取的是,将探针采样和CCD多通道光谱仪结合使用,并通过化学计量学软件分析信息,从而将测量简单化,便于操作人员的使用。

3 在线拉曼光谱分析的优势和劣势

拉曼光谱采取激光照射样品,通过对拉曼散射图谱来分析样品,操作简单灵活,具体体现在以下几个方面。

(1) 采样简单。 拉曼光谱可以无损伤的检测样品;不同于SEM,XRD等常见的表征方式,用于拉曼表征的样品无需前处理。

(2) 样品形式多样。样品可以以固体、液体、气体或混合的形式进行分析。

(3) 较高的测试数量。随着现代激光技术、电子学以及计算机技术的迅猛发展[5],特别是光电耦合器件(CCD)和光纤的运用,拉曼光谱仪可以实现多道和远程采集,在瞬态多点采集后,实时输出数据[6,7]。

(4) 受水分干扰小[3]。

(5) 易进行微量测量。

而使用的探头和光纤,又会对测量结果带来影响,这就是在线拉曼的缺陷。光纤中纤芯,包层的拉曼和荧光散射产生了严重的背景干扰[8];弯曲的光纤又会产生信号损失,背景干扰增加,探针灵敏度会降低。

4 过程检测的应用实例

4.1 石化业

石油产品的测量中将拉曼、近红外光谱和化学计量学结合起来,用来快速测定物化参数,如重油的API度、汽油的各项参数、石脑油的组成和密度等[9,10]。国内也有对在线拉曼对石脑油PONA研究的文献报道[6]。

4.2 高分子材料

采取乳液聚合方法的合成体系,如ABS塑料、聚乙烯等,都是由固体悬浊液组成,主要成分含有不饱和碳碳双键,拉曼光谱技术适用于测量该官能团。例如Bauer等[11]运用在线拉曼测定苯乙烯在聚合中的浓度变化。

4.3 反应过程的监测

在线拉曼光谱分析技术,具有检测速度快,获取的化学信息详细等特点,光纤探针能使操作人远离反应现场,因而越来越多的被运用在连续反应和间歇反应的控制中。David等[12,13]开发利用在线拉曼分析高压聚合反应的专利,通过拉曼数据可以分析出反应过程中组分的变化以及流体的流动,从而决定回流等反应参数。Lee等[14]在生化反应中,利用光谱仪测定葡萄糖,甲酸盐等组分浓度,从而描述反应实时过程。

4.4 食品和药学

拉曼光谱可以用来鉴定糖类、蛋白质、脂肪、维他命等成分,随着食品工业在快速检测,无损检测等方面要求的提高,在线拉曼会在食品科学业得到广泛的运用[15]。药学方面也在使用拉曼在线技术,如测定阿司匹林反应[16]。

5 结 语

拉曼光谱技术发展已有80多年的历史,激光技术极大的推动了拉曼技术的发展,该技术因具有分析快、无需预处理、不破坏样品等特点,目前已成为分析化学、生物学等的重要研究手段。光纤探头的出现,与拉曼光谱仪的结合使用,可以直接用来测量进行中的反应特征,如转化率、物质成分、流体流体等,有利于实时控制反应。随着对荧光影响、探头背景干扰等的改进,在线拉曼的应用领域将进一步扩大。

摘要：与传统的表征方法相比,光纤探头和光谱仪构成的在线拉曼测量系统,以采样简单,检测速度快等特点广泛应用于各个领域。本文介绍了在线拉曼特点,分析了使用其测量的优势和由使用探头而带来的劣势,简述了该技术在石油化工业,高分子材料等中的实例应用。

冰片的拉曼光谱(英文) 篇8

关键词：冰片,异龙脑,拉曼光谱

Borneol(C10H18O)with the effect of clearing heat and relieving pain,is a commonly used traditional Chinese medicine with long history[1,2].There are two kinds of borneol,natural borneol and synthetic borneol.Natural borneol includes dipterocarp(almost D-borneol)and Ai brain(almost L-borneol);synthetic borneol is chemically synthesized of retionol and camphor,so it’s also called mechanism borneol.Natural borneol has good efficacy,no toxic and side effects and low resistance frequency.Besides camphol,synthetic borneol also contains a lot of isoborneol which is the epimer of oborneol,and has toxic and side effects on human body.In addition,synthetic borneol production also makes serious environmental pollution.So,it has been limitted in many countries like Europe,the United States and Singapore.Now synthetic borneol is predominately used in our country.With the continuous rising of the people's living standard,the demand of natural borneol will increase year by year.From the exterior view,natural borneol and synthetic borneol are white transparent or translucent crystals,they are difficult to be distinguished.In order to distinguish natural borneol and synthetic borneol,WANG Qiang and et al used macroscopic shape and microscopic identification methods to study borneo camphor,balsamiferous blumea borneol and synthetic borneol and found the difference among them.Although the identification process is complicated and the accuracy is difficult to control[3].In addition,there were some research work reported on the identification of adulteration borneol and borneol[4,5].The two research methods are physical and chemical characterization and chromatographic identification.The analysis process is troublesome,time-consuming and destructive to samle.For qualitative identification and quantitative analysis of Chinese medicines,it is necessary to develop simple and accurate identification techniques.

Raman spectroscopy is simple and fast,and has good repeatability,no sample pretreatment,and convenient and quick operation.It can be used to do qualitative and quantitative analysis without injury to samples[6,7].In this paper,Raman spectroscopy is used to measure and study natural borneol and synthesized borneol.The results revealed that natural borneol and synthetic borneol were well identified by the Raman spectroscopy.This paper tries to use the Raman spectroscopy to establish the identification model of borneol.

1 Sample sources

Four experimental samples were slected and purchased in drug companies and pharmacies.There were one natural borneol sample,two synthetic borneol samples and one isoborneol sample.Specific information of the samples is shown in the following table 1.

2 The experimental method

We used Bruker RFS 100/S Raman spectroscopy in the experiment,the light source wavelength is 1 064nm,the laser power is 50 m W,the spectral scanning range is 0～3 500 cm-1,the resolution is less than4 cm-1,the integration time is 10 s,the delay time is10 s,the number of Raman spectroscopy scanning times is 200,the environment temperature is 20℃．

Considering borneol is lamellar crystal,we used a agate mortar which was free of crack,noimpurities,and had good abrasion resistance to grind the sample into powder,and placed it in a solid sample pool in applanation and compaction.Laser was focused on the test point of the sample by one objective,and Raman spectrum was obtained from the reflection signal.

3 Results and discussion

As can be seen in the Raman spectra of the four samples(fig.1),within the range of 500～1 000cm-1,the spectral characteristics is significant and can help us to find the fingerprint spectrum which distinguishes natural borneol and synthetic borneol.Therefore,we selected spectral signal within the range of500～1 000 cm-1for analysis.

Fig.2 is the Raman spectra of synthetic borneol B,C and natural borneol D(the purity of 96.3%)with the range of 500～1 000 cm-1.After analyzing the scattering peaks of each curve,we found that the curves of the two synthetic borneol samples have the same scattering peaks lacated at the Raman shifts o627.95 cm-1,726.3 cm-1,786.09 cm-1and 857.44cm-1,but the curve of the natural borneol didn’t have at the corresponding Raman shifts.Thus,we simply concluded that the Raman scattering peaks at 627cm-1,726.6 cm-1and 857 cm-1can be used as fingerprint spectrum to distinguish synthetic borneol and natural borneol.

For further study of the reason of Raman scattering peaks at 627.95 cm-1,726.3 cm-1,786.09 cm-1and857.44 cm-1,we measured the Raman spectrum o borneol sample A(isoborneol)shown in fig.3.

Comparing the Raman spectrum of sample A(isoborneol)with that of sample B and C within the range of 500～1 000 cm-1,we found that the curve o isoborneol has the same scattering peaks at the Raman shifts of 627.95 cm-1,726.3 cm-1,786.09 cm-1and857.44 cm-1.As we all know that the synthetic borneol contains a lot of isoborneol which is harmful to human body and natural borneol doesn't contain isoborneol,so we believe the four Raman peaks of synthetic borneol B and C are caused by isoborneol.

Experimental results show that the four Raman peaks of synthetic borneol B and C at 627.95 cm-1,726.3 cm-1,786.09 cm-1and 857.44 cm-1are caused by isoborneol.This further illustrates the Raman scattering spectra could be used as the fingerprint spectra to distinguish synthetic borneol and natural borneol.

4 Conclusion

In the paper,the Raman spectra of natural borneol,synthetic borneol and isoborneol were obtained,and the four significant scattering spectrum peaks of the curves of synthetic borneol and isoborneol were found at the Raman shifts of 627.95 cm-[1],726.3 cm-[1],786.09 cm-[1]and 857.44 cm-[1].The peaks of the curve of isoborneol agree with the peaks of the curves of synthetic borneol totally.Experimental results show that the scattering peaks of synthetic borneol were caused by isoborneol.Raman spectrum of borneol can be used as fingerprint spectrum to distinguish the natural borneol and synthetic borneol.

In the subsequent research work,we will try to do quantitative analysis of the isoborneol contained in synthetic borneol based on the intensity of Raman peaks a627.95 cm-1,726.3 cm-1,786.09 cm-1and 857.44cm-1.

参考文献

[1] Xiong Zhenyu,Xiao Fuming,Xu Xu,et al.Studies on pharmacological activity of borneol.China Journal of Chinese Materia Media,2013;38 (6):786—790

[2] Li Jianmin,Hu Shixia,Li Huaqing.Types of goods of borneolum syn theticum and its historical origin.Modern Chinese Medicine,2013;15 (6):531—534

[3] Wang Qiang,Yang Xianrong,Chen Jinquan.Studies on the identification and analysis of borneol.Chinese Herbal Medicines,1994;25(5):241—244

[4] Zhang Zhijun,Rao Weiwen.Discussion on rapid test for borneol and adulterated products.Drug Standard of China,2006;7(3):58—60

[5] Deng Maozhi,Longt Yuqiong.Studies on the identification of borneol and false borneol.Chinese Pharmaceutical Affairs,2007;21(5):350 —355

[6] Zhou Xiujun,Dai Liankui,Li Sheng.Fast discrimination of edible vegetable oil based on Raman spectroscopy.Spectroscopy and Spectral Analysis,2012;32(7):1829—1833

拉曼光谱在医学中的应用研究 篇9

拉曼光谱作为一种快速、无损、易操作检测技术, 可提供有关分析物分子的信息及其特征振动的光谱, 不需要对待测物体进行侵入, 破坏[1]。拉曼光谱作为一种分子分析手段, 以其独特的无损性、高灵敏度和高稳定性使其在医学应用中有着极大的发展空间, 为医学检测提供一种新的快速无创的方法, 为某些疑难疾病的病理检查提供一种有效的手段, 目前人们就拉曼光谱在医学中的应用已做了一些研究。

1 拉曼光谱在细胞检测方面的应用

癌症作为危害人类健康的一大顽疾, 由于治愈癌症的研究工作一直并未取得突破性的进展, 对于癌症的及早发现就显得特别重要, 癌细胞的检测就逐渐地引起人们的重视。拉曼光谱作为一种方便快速无创的检测方法, 在细胞检测方面有着极大地应用前景。

在对食道癌进行早期诊断的研究中, 周雪等人希望通过对食道癌患者以及正常人的血红蛋白的拉曼光谱研究找到一种适合于食道癌早期诊断的手段。他们对所得到的食道癌患者和正常人的血液样本进行了处理, 得到食道癌患者与正常人的血红蛋白的拉曼光谱图像。通过对拉曼光谱的分析可知, 食道癌患者的血红蛋白的拉曼光谱的主要特征峰强度在600~1500cm-1区域内低于正常人, 根据特征峰的归属可以判定, 络氨酸, 苯丙氨酸等血红蛋白中的成分的振动数量食道癌患者的没有正常人的高, 正常人的血红蛋白中处于低自旋态的铁离子比食道癌患者的少, 处于高自旋态的铁离子比食道癌患者的多, 这一信息也是吻合癌症患者血样较易溶血的现象的, 这就说明了拉曼光谱图像结果的可靠性, 其高达92.75%总判别率说明了其在食道癌早期诊断中的较高灵敏度。

在神经系统疾病中, 如何修复和替代损伤的神经元细胞以达到治疗彻底的目的也是摆在医疗工作者面前的一道难题。而构成干细胞的蛋白质、核酸、脂类、糖等在细胞分化的过程中在构型、构象、含量等都是有差异的, 而这些差异在拉曼光谱的图像中都是能够反映出来的, 有研究对骨髓间充质干细胞分化的神经细胞拉曼光谱进行了分析, 说明了用拉曼光谱的方法鉴别骨髓间充质干细胞及其分化的神经细胞的可行性, 为骨髓间充质干细胞早日在临床上应用于神经系统疾病的治疗提供了有效的参考。

龋病作为口腔主要的常见病, 对最重要的致龋菌——变异链球菌为例运用拉曼光谱图像对其表面成分进行了分析。利用纳米银具有增强拉曼信号的效果获得更好的拉曼光谱图像, 将培养所得的变异链球菌吸附在以葡萄糖还原硝酸银制备的纳米银溶胶基底上对其进行拉曼光谱的获取。结果显示, 在700~1800cm-1及2800~5100cm-1处出现了明显的谱峰增强的现象, 这些拉曼峰的增强可能是由于纳米银颗粒与变异链球菌细胞壁的表面成分的接触有关, 而致龋性也与变异链球菌的表面成分有关, 将龋病与变异链球菌的相关性运用拉曼光谱技术进行深入的研究, 对龋病诊断防治有重要的帮助。

2 拉曼光谱在分子研究中的应用

细胞是由分子的有机结合而形成的, 细胞所表现出来的特性是与构成它的分子息息相关的, 分子的特性又是与他们的结构紧密相连的, 可以说是分子的结构决定了它和它所构成的细胞的功能。对分子结构进行研究, 不仅可以在分子层面上阐明该分子作用和发挥功能的机理, 而且可以根据对结构的分析对相应的功能进行预测。除此之外, 对分子结构的研究还有助于对某些疾病的病理进行解释和说明, 从而为疾病的诊断提供新的思路和方法。

利用表面增强拉曼光谱技术分析唾液成分, 肺癌患者唾液与健康人唾液的拉曼光谱存在特征性诧异, 对比发现蛋白质分子, 核酸分子发生了一定程度的变化, 糖类分子变化较小。另外对唾液分析可吸毒者的鉴别, 健康人与吸毒者唾液的拉曼光谱在1030cm-1具有明显的特异性。另外利用表面增强拉曼光谱技术分析尿液成分, 也可以实现对糖尿病和微量毒品的检测。有望利用表面增强拉曼光谱技术通过唾液或者尿液分析实现对肺癌、糖尿病和吸毒者检测。拉曼光谱对大分子DNA、蛋白质检测, 可以分析胃癌不同阶段的DNA空间结构特征。通过对比分析恶性乳腺癌组织、良性乳腺癌组织和正常乳腺癌的近红外拉曼光谱的特征峰, 也可以为乳腺癌的早期诊断提供参考[2]。对于血清的拉曼光谱分析可以作为为临床肿瘤的诊断依据, 拉曼光谱对红细胞的携氧能力检测同样为地中海贫血的检测提供新型简便的方法[3]。

结束语

综上所述, 拉曼光谱在细胞检测研究和分子结构检测研究在医学中应用很多, 发展较快, 拉曼检测的独特简便、快捷、无损优点使其在现代医学有良好的应用前景, 而拉曼光谱作为一种新的检测方法真正应用于临床诊断仍有很多问题需要进一步优化。

参考文献

[1]杨玉东, 杨林梅, 徐菁华.拉曼光谱在癌症诊断中的研究进展[J].激光生物学报, 2009, 18 (5) :1.

[2]胡成旭.新鲜乳腺癌组织的近红外拉曼光谱分析[J].高等学校化学学报, 2013, 34 (12) :1-4.