拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用的綜述6頁(yè)

1、拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用的綜述 摘要：介紹了拉曼光譜的原理，拉曼光譜技術(shù)以及近年來(lái)拉曼光譜分析技術(shù)在考古、醫(yī)學(xué)、文物、寶石鑒定、林業(yè)和法庭科學(xué)等領(lǐng)域的最新進(jìn)展。并對(duì)其未來(lái)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞：拉曼光譜技術(shù)；應(yīng)用；原理 中圖分類號(hào)043文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1674-6708(20lO)29-0115-02 O、引言 1928年，印度科學(xué)家Raman發(fā)現(xiàn)了拉曼散射效應(yīng)，拉曼光譜最初用的光源是聚焦的日光，后來(lái)使用汞弧燈，由于它強(qiáng)度不太高和單色性差，限制了拉曼光譜的發(fā)展，直到使用激光作為激發(fā)光源的激光拉曼光譜儀問(wèn)世以及傅立葉變換技術(shù)的出現(xiàn)，拉曼光譜檢測(cè)靈敏度才大大增加，其應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。目前

2、，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于考古、醫(yī)學(xué)、文物、寶石鑒定、石油化工、林業(yè)和法庭科學(xué)等領(lǐng)域。 1.拉曼光譜原理 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(shí)可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，在彈性碰撞過(guò)程中，光子與分子間沒(méi)有能量交換，光子只改變運(yùn)動(dòng)方向而不改變頻率，這種散射過(guò)程稱為瑞利散射。而在非彈性碰撞過(guò)程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅僅改變運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)光子的一部分能量傳遞給分子，或者分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射過(guò)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。 2、常用的拉曼光譜技術(shù) 常用的拉曼光譜技術(shù)主要有

3、：顯微共焦拉曼光譜技術(shù)、傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)、共振增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)和表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)。 3、拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用 3.1拉曼光譜在考古研究中應(yīng)用 對(duì)古代青銅器的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析研究，有利于我們認(rèn)識(shí)古代各國(guó)的合金技術(shù)及處理工藝，研究其腐蝕機(jī)理，從而探討古青銅器的保護(hù)方案。與傳統(tǒng)的鑒別方法如電鏡、x光衍射等分析方法相比較，拉曼光譜被證實(shí)是對(duì)金屬器物做無(wú)損檢測(cè)的一種非常有效的方法。 文物中顏料鑒定的目的是為了獲得歷史、藝術(shù)和技術(shù)信息。大多顏料由于受環(huán)境和氣候的影響而發(fā)生了退化脫落，甚至有些新出土文物的顏料非常潮濕，同時(shí)有些顏料是混合顏料或多個(gè)顏料層疊加，這給顏料的分析帶來(lái)了困難。拉曼光譜作為現(xiàn)代

4、技術(shù)對(duì)古顏料進(jìn)行分析研究，是以光子為探針，可進(jìn)行原位的無(wú)損檢測(cè)，同時(shí)它對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和成分極為敏感，就像人的指紋一樣，各種物質(zhì)的拉曼譜都有自己的特征，因而成為一種十分有利的無(wú)損檢測(cè)手段。 古陶器胎體及釉面的礦物組成和成分分析的研究，對(duì)于鑒定古陶器的產(chǎn)地、年代，研究古陶器的燒結(jié)工藝技術(shù)及發(fā)展過(guò)程有著重要的意義。顯微拉曼光譜技術(shù)采用低功率激光器，先進(jìn)的濾光技術(shù)及高效的CCD技術(shù)，具有檢測(cè)靈敏度高、時(shí)間短、樣品無(wú)需制備等特點(diǎn)，且可對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行非接觸性，非破壞性的測(cè)試，快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)古陶器的微區(qū)組成分析及礦物檢定，對(duì)進(jìn)一步研究分析古陶器產(chǎn)地、特征、研究燒結(jié)工藝技術(shù)等有一定的意義。 3.2拉曼光譜技術(shù)

5、在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用 癌癥是人類健康最大敵人，幾乎人體的所有器官都能發(fā)生癌癥，全球每年約有萬(wàn)人被癌癥奪去生命。因此，早期診斷對(duì)于提高病人的生存幾率顯得尤為重要。拉曼光譜可以在分子水平上揭示癌細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)與正常細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)之間的差異，通過(guò)一定數(shù)量癌變的和正常的器官組織的拉曼光譜的對(duì)比研究，從二者差異應(yīng)能找出反映改變的特征標(biāo)志光譜。拉曼光譜可以對(duì)生物材料樣品進(jìn)行測(cè)定而不會(huì)改變樣品的性狀，為此應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)動(dòng)物組織和細(xì)胞進(jìn)行研究可用于醫(yī)學(xué)診斷為癌癥診斷和機(jī)理分析提供重要的信息和數(shù)據(jù)。這對(duì)于癌癥的診斷具有重要的臨床意義。 3.3拉曼光譜技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用 林木種子的優(yōu)劣是造林的關(guān)鍵，選用良種是培育壯苗和

6、林術(shù)速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要措施。在選種時(shí)，先從遺傳品質(zhì)優(yōu)良的采種母樹上采集種子，將種子拋光，能夠看到胚、胚乳、白色的糊粉層，在拉曼光譜儀下對(duì)種子胚中蛋白質(zhì)的含量、胚乳中脂類的含量以及碳水化臺(tái)物的含量與分布進(jìn)行測(cè)定，分析其發(fā)芽能力、判斷其質(zhì)量?jī)?yōu)劣，評(píng)定其利用價(jià)值，使育苗和播種的風(fēng)險(xiǎn)減少到最低程度。 在經(jīng)濟(jì)植物和藥用植物的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，常常要檢測(cè)不同產(chǎn)地、不同部位有效成分的含量和質(zhì)量，以提高效用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。拉曼光譜法相比傳統(tǒng)的中草藥鑒別方法，更直接、快速，不破壞樣品的原性質(zhì)且更準(zhǔn)確，也更具科學(xué)性。 用拉曼光譜儀可以測(cè)定木材的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素、金屬、SiO2等物質(zhì)的含量和玻璃化溫度，從而對(duì)

7、木材材性進(jìn)行量化分析。為了改善或改變木材的物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和構(gòu)造特征，目前出現(xiàn)了木材碳化技術(shù)和木材改性技術(shù)。對(duì)經(jīng)過(guò)改性處理的木材進(jìn)行微結(jié)構(gòu)特征拉曼光譜分析，并和改性前各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)照，以確定最佳改性工藝，導(dǎo)向最佳材性，發(fā)揮普通木材的最好效益。 3.4拉曼光譜技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用 關(guān)于拉曼光譜技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用研究報(bào)道比較少，主要集中于國(guó)外研究，國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道。但涉及的領(lǐng)域基本覆蓋了石油化工各領(lǐng)域見(jiàn)表一，包括烴族組成分析、燃料質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)、輸油管線油品混油監(jiān)控和油品在線調(diào)和。 3.5拉曼光譜技術(shù)在物證鑒定中的應(yīng)用 拉曼光譜技術(shù)無(wú)損樣品的優(yōu)越性使其可廣泛應(yīng)用于各類理化物證的鑒定中。目前

8、，國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道主要集中在利用顯微拉曼光譜技術(shù)分析油墨、紙張、爆炸物、射擊殘留物、纖維、玻璃、泥土、涂料以及汽油、化妝品等。 DNA是生物遺傳信息的載體，是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著細(xì)胞研究工作的深入，許多問(wèn)題更需要在分子水平上去研究。藥物、溫度、紫外線、酸度、射線等對(duì)DNA的損傷和影響，通過(guò)對(duì)作用前后的拉曼光譜分析，可以獲知DNA的脫氧核糖、堿基和整個(gè)骨架的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)以及空間構(gòu)型變化等重要信息。 4、結(jié)論 拉曼光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、文物、寶石鑒定和法庭科學(xué)等領(lǐng)域。近年來(lái)該技術(shù)在細(xì)胞和組織的癌變方面的檢測(cè)也取得了很大的進(jìn)展。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)裝置的改進(jìn)，拉曼光譜技術(shù)在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中必將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1張延會(huì)，昊良平，孫真榮，拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展，化學(xué)教學(xué)，2006，4：32-35 2陳寧等，拉曼光譜技術(shù)及其在物證鑒定中的應(yīng)用，中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，2：1-2 3曾祥志等，拉曼光譜在考古研究中的應(yīng)用，贛南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，6：32-