拉曼光譜技術概述及應用

1、拉曼光譜技術概述及應用姓名:楊海源 學號:摘 要隨著人們對拉曼光譜技術研究的深入,拉曼光譜在許多領域中得到越來越多的應用。本文介紹了拉曼光譜檢測技術的基本原理及特點，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用。綜述了拉曼光譜在食品檢測中的應用。主要介紹了拉曼光譜在生物、醫(yī)藥、材料化學、食品領域的應用。在許多領域快速檢測、質量控制、無損檢測等方面，拉曼光譜必將發(fā)揮越來越大的作用。關鍵詞: 拉曼光譜，檢測, 應用ABSTRACTWith the development of research of Raman scattering techno

2、logy, Raman spectroscopy are increasingly employed in Many Fields.This paper introduces the basic principle and characteristics of raman spectroscopy analytical technology, The research development and application of Raman spectroscopy in many yeilds were discussed. The principle and application of

3、FT-Raman，confocal microprobe Raman, surface-Enhance laser-Raman，photoacoustic Raman spectroscopy in solid were summarized. Reviewe the application of Raman spectroscopy in biology，food，medicine and chemical materials. It will provide a great step forward in many fields assay on rapid detection, qual

4、ity control and non-destruction detection.Keywords：Raman spectroscopy, detection, application前 言1928年印度實驗物理學家拉曼發(fā)現(xiàn)了光的一種類似于康普頓效應的光散射效應，稱為拉曼效應。簡單地說就是光通過介質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，它在相當長一段時間里未

5、能真正成為一種有實際應用價值的工具。自從傅立葉變換拉曼光譜技術、表面增強拉曼光譜技術、激光共振拉曼光譜、共焦顯微拉曼光譜、高溫拉曼光譜技術、拉曼光譜與光導纖維技術的聯(lián)用、固體光聲拉曼技術、拉曼光譜與其它光譜的聯(lián)用等技術的出現(xiàn)，才使得拉曼光譜的應用范圍更加廣闊。目前拉曼光譜已廣泛應用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保、地質等領域。具體來說，可用于聚合物的研究、生物大分子的研究、多肽及蛋白質的構型的研究、無機物及金屬配合物的研究、以及在文物考古中的應用、寶石鑒定中的應用、公安與法學樣品分析中的應用、無機材料中的應用礦床學中的應用、癌癥檢測中的應用等。就分析測試而言，拉曼光譜技術和紅外光譜技術相

6、配合使用可以為更加全面地研究分子的振動狀態(tài)提供更多的分子結構方面的信息。一、拉曼光譜的發(fā)展簡史 印度物理學家拉曼于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0的兩邊出現(xiàn)呈對稱分布的,頻率為0-和0+的明銳邊帶,這是屬于一種新的分子輻射,稱為拉曼散射,其中是介質的元激發(fā)頻率。與此同時,前蘇聯(lián)蘭茨堡格和曼德爾斯塔報導在石英晶體中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象,即由光學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,更談不上測量研究二級以上的高階拉曼散射效應。并要求被測樣品的體積

7、必須足夠大、無色、無塵埃、無熒光等等。所以到40年代中期,紅外技術的進步和商品化更使拉曼光譜的應用一度衰落。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。隨探測技術的改進和對被測樣品要求的降低,目前在物理、化學、醫(yī)藥、工業(yè)等各個領域拉曼光譜得到了廣泛的應用,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 show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

8、 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家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應，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、轉動方面信息，并應用于分子結構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，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

9、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動頻率，它與入射線頻率無關，而與分子結構有關。每一種物質有自己的特征拉曼光譜，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分子振動和轉動能級有關。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

10、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將出現(xiàn)一根拉曼散射光的譜線,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)

11、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,稱為anti-Stokes線。Stokes線和anti-Stokes線位于瑞利譜線兩側,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

12、入射光的波長無關,只和樣品的振動轉動能級有關。(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, 這是由于在上述兩種情況下分別相應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璃、石英、和光纖測量。其該技術的優(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化合物的理想工具。（2）拉曼

13、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。在化學結構分析中，獨立的拉曼區(qū)間的強度可以和功能集團的數(shù)量相關。（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

14、些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。三拉曼光譜技術分類及相關原理、優(yōu)缺點及主要應用領域隨著拉曼光譜學、儀器學、激光技術的發(fā)展，拉曼光譜技術作為一種成熟的光譜分析技術，已發(fā)展了多種不同的分析技術，如傅里葉拉曼光譜（FTRaman）、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、高溫高壓原位拉曼光譜技術。1. 傅里葉變換拉曼光譜技術 傅立葉變換拉曼光譜（FTRaman）原理是傅里葉變換技術采集信號， 1064nm的激光光源。來自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。該技術優(yōu)點：針對熒光

15、強、顏色深的樣品更適用、克服了熒光干擾，測量波段寬、熱效應小、光譜頻率精度高及靈敏度高等。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。主要應用領域于樣品的結構分析，如蛋白質二級結構分析，染色纖維檢驗等。2. 表面增強拉曼光譜技術 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。該技術優(yōu)點：檢測快速、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。該技術主要用于分子的理化研究，病理分析，藥物分析等研究領域，如-天冬氨酸在銀膠中的吸附研究。3.激光共

16、振拉曼光譜技術 激光共振拉曼光譜技術（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，要求光源可調(diào)。該技術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域，如色素蛋白的研究。4. 共聚焦顯微拉曼光譜技術 共聚焦顯微拉曼光譜技術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、探測器三點共軛聚焦，消除雜散光，信號增強104106 倍。該技術優(yōu)點：采用了低功率激光器、高轉換效率、檢測靈

17、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。該技術主要用于電化學研究，寶石中細小包裹體的測量、檢測、司法鑒定等領域。5. 固體光聲拉曼技術 光聲拉曼光譜術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。該技術優(yōu)點：靈敏度高，分辨率高，避免了非共振拉曼散射的影響。其缺點是要求激光具有高度。該技術主要用于氣體、液體、固體介質的特性分析領域。6.高溫高壓原位拉曼光譜技術 高溫高壓原位拉曼光譜技術原理是高溫下發(fā)生理化反應，得到反應物和產(chǎn)物的結構信息以及反應中間體和變化過程

18、的信息。該技術優(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、地質巖漿等物質的高溫結構等研究領域。四、拉曼光譜技術的應用1. 拉曼光譜技術在生物學領域的應用隨著當代科學技術的迅猛發(fā)展,對核酸、蛋白質、磷脂等生物大分子的研究已經(jīng)不能滿足于一般性質的描述,而在分子水平上探討其具體的化學結構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技術解決了生物化學、生物物理和分子生物學中的許多難題,包括分子的特殊基團,如氨基酸中的氨基、羧基、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、卟啉在銀溶膠上的吸附狀態(tài)等。用常

19、規(guī)的方法難以檢測多肽及蛋白質的結構,或者是方法過于復雜,不易操作。拉曼光譜可以提供豐富的關于蛋白質結構的信息。蛋白質拉曼光譜不僅可以反映肽鏈的骨架振動,而且可以反映側鏈周圍微環(huán)境的變化。近年來,拉曼光譜已應用于研究蛋白質或多肽的一級結構,非折疊蛋白質,蛋白質裝配的特征描述,基于蛋白質制藥的流程監(jiān)控和質量控制，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。Song等在研究多肽物質聚L-谷氨酸、聚L-賴氨酸無規(guī)則卷曲、A-螺旋和B-折疊構象的紫外共振拉曼光譜的過程中,依據(jù)溶液pH值、溫度與二級結構的依賴關系,建立了以酰胺鍵的頻率、強度為依據(jù)的蛋白質二級結構的研究基礎。王斌等采用

20、傅立葉光譜技術對蛋白質樣品進行多次掃描,從而對蛋白質二級結構進行定量分析。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自然狀態(tài)、活性狀態(tài)下來研究生物大分子的結構及其變化。在生物的遺傳、變異、生長發(fā)育、以及繁殖起至關重要作用的DNA承載了生命體的遺傳信息,是現(xiàn)代分子生物學研究的熱點。對于維持生命體正?；顒拥纳锎蠓肿拥难芯?拉曼光譜是被公認的最有效的方法之一。拉曼光譜技術在測量生物大分子時,具有樣品需要量小、結構信息量大、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)

21、，所以特別適用于生物樣品的檢測。如果再與 SERS 相結合檢測水平已經(jīng)達到了單分子水平。趙曉杰等研究了卟啉類光敏劑與 DNA 的相互作用機理。分析表明: 水溶卟啉是以溝槽連接與 DNA 作用， 卟啉與 DNA 作用后吡啶基團向垂直卟啉環(huán)平面方向轉過一個小的角度，在 445 nm 脈沖激光激發(fā)下, 卟啉易于與DNA 形成電子激發(fā)態(tài)復合物。周殿鳳等研究了小牛胸腺DNA水溶液經(jīng)紫外輻射的拉曼光譜圖,試驗結果表明紫外輻射使小牛胸腺DNA的構象受到破壞,構型發(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,其中嘧啶、嘌呤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

22、B型結構為主,局部的A型結構仍然存在。Takashi等用拉曼光譜研究了端粒DNA的溶、液二級結構和核苷構象,發(fā)現(xiàn)單鏈和雙鏈端粒DNA都顯示了結構的多態(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粒pUC18DNA經(jīng)過C射線電離輻射以后結構的變化,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非常弱,其結果表明堿基受損,主鏈斷裂,超螺旋結構部分解旋。董瑞新等測定了不同溫度下DNA纖維和溶液的拉曼光譜,結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,腺嘌呤(

23、A)的特征振動受到溫度的影響最大。余多慰等對鯡精DNA纖維用酸溶液處理不同時間后,將樣品進行拉曼光譜分析。結果表明DNA分子發(fā)生明顯的質子化作用,酸可以導致DNA中部分嘌呤、嘧啶的脫落并探討了其產(chǎn)生原因可能與質子化強度有關。DNA結構、構型的變化(如質子化、氫鍵斷裂、堿基受損傷等)、超螺旋結構等在DNA的復制、遺傳、變異及修飾等方面至關重要,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構及其變化有利于研究遺傳信息的特性,并為基因突變、轉基因、誘變育種等提供有力技術保證。2. 拉曼光譜技術在臨床醫(yī)學及制藥方面的應用拉曼光譜在醫(yī)學和藥學上的應用

24、主要有以下幾個方面：一是利用拉曼光譜進行體內(nèi)和體外的醫(yī)學診斷；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）物質與人體的相互作用；三是藥物成分和結構鑒定。由于檢測技術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、濃度和細微結構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物質的藥理

25、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 ，為此應用這項技術對動物組織和細胞進行研究可用于醫(yī)學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上，獲得山藥拉曼一階導數(shù)譜。拉曼譜中出現(xiàn)的 477 cm-1，863 cm-1，936 cm-1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-13500 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi)均

26、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煎劑進行鑒別，結果表明其 SERS光譜信號明顯增強， 在 396 cm-1、 548 cm-1、等處出現(xiàn)了6個明顯的拉曼信號，分別歸屬于鹵代烯烴、蛋白質、色氨酸等成分。 結果表明中醫(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。結果表明，八角茴香在2936 cm-1處有一強特征峰，紅茴香、莽

27、草則分別出現(xiàn)2925 cm-1和2918cm-1。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 Beattie等采用拉曼光譜技術和多變量分析技術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，并通過化學計量法

28、建模來分析其分類診斷效力。結果表明，近紅外拉曼光譜檢測與分類建模技術相結合，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，結果表明腫瘤組織的拉曼光譜1610cm-1和 1627cm-1處出現(xiàn)了特征峰，而且在 1448cm-1和 1662cm-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

29、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/I1340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

30、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. 拉曼光譜技術在食品中的應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、蛋白質和維生素。常規(guī)的化學分析方法，如液相色譜法（）、氣相色譜法（）等，操作步驟繁瑣、消耗化學藥品、需制備試樣，而拉曼光譜技術能夠克服這些缺點，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用。拉曼光譜可用于分析檢測食品中糖類、蛋白質、脂肪、維生素和色素等成分，還可應用于食品工業(yè)快速檢測、質量控制、無損檢測等方面。如奶粉中三聚氰胺的快速檢測；水果蔬

31、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、真假鑒定；肉制品中的蛋白質、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）中對結構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注的焦點，在食品安全檢測及非法添加物檢測中，拉曼光譜技術，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=等，雖然基團簡單，卻是大分子結構，存在許多同分異構體，所以分析相對困難。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（）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

32、果決定系數(shù)R0.92，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鍵和骨架結構。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)境下用激光顯微拉曼光譜測試 5 種新鮮水果，結果測得的拉曼譜線均為 -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

33、了小麥胚芽 8S 球蛋白的二級結構，結果表明小麥胚芽 8S 球蛋白的二級結構主要為 -折疊， 另外還含有一定量的 -螺旋和無規(guī)卷曲構象。 而應用拉曼光譜對蛋白質二級結構進行定量研究始于1976 年。 Lippert 等由已知二級結構的蛋白質的拉曼光譜得到 1 組峰強參數(shù)， 然后用蛋白質拉曼光譜的酞胺 III 和酞胺 I（重水溶液） 譜帶強度建立聯(lián)立方程， 從而求解蛋白質的二級結構。 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構含量為 -螺旋 43.5%，-折疊 31.3%和無序 25.2%， 與 X 射線衍射法的測定結果一致。 李占龍等用拉曼光譜分析玉米種子

34、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。 通過拉曼光譜能夠監(jiān)測脂質單分子的結構變化， 亞油酸在自氧化過程中，拉曼光譜的譜型和峰強都有變化，就可以反映到分子內(nèi)部的結構變化。隨著社會的進步和人民生活水平的提高，食品安全已成為全球關注的熱點話題，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)藥的分子結構不同，其振動譜也會不同，因此利

35、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。國外應用拉曼光譜技術檢測了在糧食、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554，604，631,1562和2971cm-1建立校正模型，所得相關系數(shù)都達到0.99以上。SatoBerru等選取甲基對硫磷的特征波段13451110-1，建立線性和非線性數(shù)學模型，結果線性模型的R20.996，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脲進行了檢測。發(fā)現(xiàn)傅里葉紅外光譜法和拉曼法的檢測結果R2都大于0.996，可用于農(nóng)藥異菌脲的無

36、損檢測。Hevens等對牛奶中是否含有三聚氰胺作了研究，利用SERS對三聚氰胺的特征峰676cm-1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2.6molL。國內(nèi)周小芳等人應用不同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氰胺滴加在準備好的增強基底銀膠

37、上，使用便攜式拉曼光譜儀來進行測試，結果表明銀納米粒子的表面增強作用明顯，最小檢測量可達610，如果與奶粉中或食品中固相萃取技術結合，則可以實現(xiàn)三聚氰胺的現(xiàn)場實時快速檢測。此外，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，應用于安檢的事例也有人報導過。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鍵技術之一。4.拉曼光譜技術在化學和材料學的應用拉曼光譜法是一種研究物質結構的重要方法，在化學和材料的研究方面，主要是分子定量、定性結構分析，以及物質的物理化學性質測定上。在材料研究和應用方面,拉曼光譜可以用

38、以分析半導體、超導體、陶瓷、晶體材料等固體材料。已有的應用包括：化合物的結構和某些官能團的確定、聚合物和有機化合物的測試、電化學研究和腐蝕研究、化學反應中催化劑作用的研究、對半導體芯片上微小復雜結構的應力及污染或缺陷的鑒定、金剛石鍍膜和復合材料的測試、超導體測試、晶體的振動和結構等。由于拉曼光譜具有靈敏度高、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構分析、鍵態(tài)特征分析和定性鑒定等；在催化領域中，大量不同結構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構信息，發(fā)現(xiàn)了

39、磷酸鋁分子篩形成初期模板劑的振動與孔道結構形成之間的關聯(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)轉換的過程，直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纖維增強玻璃復合材料、ZrO2AlO層狀復合材料的空間分布及其殘余應變，并得出復合材料組分中AlO的熒光峰、Si晶體和SiC纖維拉曼峰的位置（波數(shù)）隨應變的偏移與應變值都有近似的線性關系。周鳳羽等用拉曼光譜測量了升溫條件下（298-1473）鎢鉛礦型鎢酸鉛（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)鉭鈮酸鉀（KTN）晶體的拉曼

40、光譜及其熔體的高溫拉曼光譜，分析了 KTN 晶體結構隨溫度變化的規(guī)律。張霞在 3001173K 的溫度范圍下研究了LiB3O5晶體結構隨溫度升高的變化和相變，其結果與 LiB3O5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 TiO2在2981923K 的高溫拉曼光譜，分析了特征峰隨溫度變化的規(guī)律以及兩種結構相的溫度依賴性，為不同晶型 TiO2的研究、生產(chǎn)和應用提供重要的理論基礎。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、復印文件、印刷文件、傳真文件進行檢驗；對印文

41、、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)生的對拉曼光譜的影響以及納米粒子的引入對玻璃相結構的影響。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成分,又不會對文物有任何損傷。拉曼光譜技術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注。它將在食品安全檢測、醫(yī)藥、材料、

42、環(huán)境保護、考古、寶石鑒定等各個領域越來越受到重視。對文物樣品的無損分析研究。使文物的鑒定、年代的測定及文物的恢復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依據(jù)。近年來該技術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?，隨著激光技術的發(fā)展和檢測裝置的改進，拉曼光譜技術在當代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中必將得到越來越廣泛的應用。參考文獻1 胡曉紅,周金池.拉

43、曼光譜的應用及其進展J. 分析儀器,2011-11-282 白利濤,張麗萍,趙國文.拉曼光譜的應用及進展J. 福建分析測試, 2011-03-153 楊芳.拉曼光譜技術與應用J.譜學與光譜分析，2010-11-154 楊永梅.拉曼光譜技術應用的綜述J. 科技傳播, 2010-10-235 李睿,周金池,盧存福.拉曼光譜在生物學領域的應用J. 生物技術通報, 2009-12-266 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構J.自然科學，2013-02-157 WANGMin,YU Fa,LONG Quan.The application and development of Raman spectroscopy on protein conformation.Acta Laser