拉曼光譜數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)

1、第20卷第4期2008年12月VO120 No14Ded 2008光散射學(xué)報THE JOURNAL OF LIGHT SCATTER ING文章編號：10045929( 2008)04035904拉曼光譜數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)卄 口占 111145231重 鹍,王錠笙，段云彪，周小芳，趙金濤，司民真，梁二軍，方炎，張鵬翔(11昆明理工大學(xué)光電子研究所 ,昆明 650051; 21鄭州大學(xué)物理系，鄭州 450001;31首都師范大學(xué)物理系，北京 100037; 41杭州電子工業(yè)學(xué)院物理系，杭州 310037;51楚雄師范物理系，楚雄 675000)摘 要:隨著拉曼光譜議的不斷發(fā)展，尤其是便攜式拉曼

2、光譜儀的普及,與其配套的各種拉曼數(shù)據(jù)庫的建 立是十分重要的。目前大多數(shù)實驗室都依 賴進(jìn)口儀器及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。因 此建立我國自己的拉 曼數(shù)據(jù) 庫具有重要的意義。本文采用目 前最先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫軟件平臺，構(gòu)建了大型拉曼光譜數(shù)據(jù)庫。本數(shù)據(jù)庫包 括寶玉石及其填充物、原生礦物、毒品,農(nóng)藥，打印復(fù)印墨跡、化學(xué)藥劑等 數(shù)個子數(shù) 據(jù)庫，總計有數(shù)千 條圖譜 及數(shù)據(jù)信息?？梢酝ㄟ^中文名稱 、英文名稱、化學(xué)式、特征峰等多種方式進(jìn)行查詢。系統(tǒng)具有智能化的信 息查詢模塊，并且支持模糊查詢。根據(jù)最強的 三個特征峰值進(jìn)行搜索，是其區(qū)別其他數(shù)據(jù)庫的顯著特點。 在特征峰搜索模式中，通過依次輸入拉曼圖譜中的最強特征峰值 ,經(jīng)過幾次

3、比對和確認(rèn)可以顯示岀滿足搜 索條件的圖譜，最終逼近真實結(jié)果。操作人員 只需經(jīng)過簡單的培訓(xùn)，使用較低硬件配置的計算機(jī)，就能夠 在幾秒鐘內(nèi)根據(jù)實際測 得拉曼圖譜，從數(shù)據(jù)庫中查找岀與其匹配的信息 ，從而快速準(zhǔn)確的 鑒定岀其 構(gòu)成與 或所屬礦物。本數(shù)據(jù)庫在功能上 可以不斷擴(kuò)展，包含的數(shù)據(jù)信息可以不斷擴(kuò)充。該數(shù)據(jù)庫可廣泛應(yīng)用于 公安法學(xué)，寶玉石真?zhèn)危瘜W(xué)分析等各種物相鑒定領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：拉曼光譜；拉曼光譜數(shù)據(jù)庫;物質(zhì)鑒定中圖分類法：TP392文獻(xiàn)標(biāo)示碼：AThe Database of Ram an Spectrum andInform ation Search System1 1 1 1DOGN Kun

4、 , WANG Ding- she ng, DUAN Yu n- biao, ZHOU X iao- fang,45231ZHAO Jin- tao, SIM ing- zhe ng, L ANG Er- jun, FANG Ya ng, ZHANG Peng- xiang(1 K unM ing scienceand technolgy University, iampe K unmiig 650051, China;21Zheng Zhou Un versiy, Physics Department Zhengzhou 450001, China;31CapitalN omal Unive

5、rsity, Phy sicsD qaartm ent Beijing 100037, China;41H ang Zhou electrical industry college Phy sicsD epanfrientH angzhou 310037 China;51Phy sicsD eparme nt of chuxi ongT eacheis college Chuxi ong 675000 Ch in a)Abstract: W ith he developm entofRaman spectrumequpment especiallyw ith the popularizatio

6、n of portable R am an spectrum equpment1The databasew ith these equipm ent becon es very m por tan t1Now m ost labs of Ch ina have to m port Ram a n equipme nts and database fom aboard1 So its very m porta nt to bu ild our databasew hich belong to Chi na1We use adva need database software programmes

7、 to bu ild The Raman spectrun databasesThe databaseshave collected nearly five收稿日期：2007- 06- 30作者簡介：董鹍,昆明理工大學(xué)在讀博士，E- mail dongkun3000yahod coml cn通訊作者：張鵬翔 1 E- mail pxzhan homai.l comQ 1994M12 hira Academic Journal EJectroriic Publishing House All rights lesetved.ki.n第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)#hun dreds

8、speciesofgems min erals a nd filler, drugs pesticide a nd so on1 It i ncludes housa nds of different Ram an spectrum and related infom ation1 Several indexmethods such as lhe chinese name en glish name chem ical fomula and oher key words were used for searchi ng ccmpari ng and identifying of themeas

9、ured or unknown iteimsl It has intelligent program to support tizzy search In characteristic peaks searchmode One can en ter the hreemost strong peaks to get the search resultl It only cost several sec on dsto fi nd outw hich in formatio n n the database ism atched w ith the ram a n spectrum you hav

10、e measured,The operator need nt be expert and the con puter neednt be very expensve then you can dentify the com position of them neral andwh ich species it belong to1 The function of the databasecan be enhance and the data nfoimation can be added nto th databasQThe databasecan be usedw idely in jur

11、isprudenee gems indentify, chem ico- an alytic etcK eyw ords: Raman spectrum; he dadabaseof Ram an spectrum;m aterial indentify 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)# 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cv

12、M第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)3611引言拉曼光譜分析在物質(zhì)成分鑒定和分子結(jié)構(gòu) 分析方面具有不可替代的作用。與傳統(tǒng)分析檢 測方法相比（如顯微鏡觀察、測硬度、測折光率、 X光、紅外光譜等）,具有快速、準(zhǔn)確、無損、微區(qū) 分析等特點。在物質(zhì)鑒定和化學(xué)分析方面具有 重要的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，小型化的便攜式 拉曼儀器逐漸普及，智能化的操作界面使得非專 業(yè)人員也可以操作、 使用儀器；因此建立與其配 套的各種拉曼數(shù)據(jù)庫是十分迫切和必要的。目前拉曼檢測技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但是其配套的軟件系統(tǒng)，尤其是在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用方面還很不 完善。我們可以通過拉曼光譜儀快速、簡便的測出某未知樣品拉曼圖譜，但是對所得

13、圖譜的分析 就要相對復(fù)雜的多。一般需要具有專業(yè)理論知 識的人，憑借積累的經(jīng)驗或是通過復(fù)雜的分析計 算，才能對該未知樣品進(jìn)行判別、鑒定。在易用性、準(zhǔn)確性和工作效率方面存在著嚴(yán)重的不足?；跀?shù)據(jù)庫智能檢索系統(tǒng)開發(fā)的拉曼數(shù)據(jù) 庫，類似于X射線衍射峰的標(biāo)準(zhǔn)卡片檢索 ，可以 快速準(zhǔn)確的在數(shù)據(jù)庫中搜索出與測試樣品匹配 的拉曼特征峰數(shù)據(jù)及圖譜信息。該數(shù)據(jù)庫目前 包括 珠寶玉石及其填充物、原生礦物、毒 品2，農(nóng)藥3，書畫墨跡4、化學(xué)藥劑等數(shù)個 子 數(shù)據(jù)庫，并且不需要太多的專業(yè)知識就可以輕松 使用和操作，適用于科學(xué)研究、寶玉石鑒定、公安 法學(xué)等多個方面。2國內(nèi)外拉曼數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件研究美國Ga lactic公司

14、（既現(xiàn) 今美國 Therm o公 司）在拉曼光譜的應(yīng)用軟件開發(fā)上起步最早， GRAMS/32就是 由其 推出的。早在 W indows95 時代GRAMS/32就已經(jīng)發(fā)展到 了 310版，在這 一版本中就已經(jīng)具有數(shù)據(jù)庫搜索功能。但是由 于當(dāng)時的數(shù)據(jù)庫軟件平臺的功能限制，使得其實 際應(yīng)用十分不便。目前Thermo公司最新推出的GRAM S是 810版，在這一版中采用最新的圖譜 識別引擎，可以直接通過拉曼圖譜文件（SPC格式的文件）在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索比對5。但是由于在實際測量中所得拉曼圖譜的特征峰值情 況比較復(fù)雜，所以通過圖譜曲線搜索方式所得的 結(jié)果要么往往范圍過大，要么會將有用信息排除 在外。具

15、有一定的缺陷。我國在拉曼光譜研究領(lǐng)域已經(jīng)有幾十年的 發(fā)展歷史了，這期間培養(yǎng)出了一大批拉曼光譜學(xué) 的專家學(xué)者，但是我們在拉曼檢測儀器和應(yīng)用軟 件方面還是一片空白。我國至今還沒有一個具 有國家標(biāo)準(zhǔn)級別的拉曼數(shù)據(jù)庫。而美國、英國等發(fā)達(dá)國家，早已建立了諸如寶石礦物數(shù)據(jù)庫，化學(xué)藥品數(shù)據(jù)庫，毒品農(nóng)藥數(shù)據(jù)庫等幾十個拉曼數(shù) 據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)庫少的只有幾十張圖譜，多的有 近兩千張圖譜，由不同的研究機(jī)構(gòu)提供，最后整 合在一起，形成一個龐大的拉曼數(shù)據(jù)庫。張鵬翔等人在中國物理學(xué)會光散射專業(yè)委 員會的倡導(dǎo)下，曾多次提出建立拉曼光譜數(shù)據(jù)庫 的構(gòu)想6，但因種種原因，均未落實。他與梁二 軍等人提出的5種寶石礦物的拉曼識別法6已

16、經(jīng)獲得國家專利。并且由梁二軍主持構(gòu)建了我國第一個拉曼數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（由Power Build610編寫）。由于當(dāng)時的限制，該數(shù)據(jù)庫在功能上不是 很完善，使用起來也不是很方便；但其為今后新 版數(shù)據(jù)庫的開發(fā)制作提供了極高的參考價值。 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)# 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫

17、及信息查詢系統(tǒng)#全簾*請迭.揮謀駟-直!n全泄 柑漏中is/ iiwsfsa刺tTBi特牡峰2將征崎34；AltKHMdrltevir uf chryilMnl.17IniBdriCE喪石vir 0171iIfInAMliiie56ImHrdiiH1ZS5032d173料2XtAJ2OJMil 4lr 553174拉壘數(shù)據(jù)庫韭欣囪M利程區(qū)im-SOD10001500Fig11The ma in in terface ofthe Ram an Spectrum Database 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House.

18、A11 right-;忙融cvM第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)# 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM第4期董鹍：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)#3 基于 M icrosoftFoxpro 910的拉曼數(shù)據(jù)庫本數(shù)據(jù)庫由M icrosoftFoxpro 910創(chuàng)建7。無須網(wǎng)絡(luò)支持即可單機(jī)運行。其主界面如圖1所示。 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM第4期董鹍

19、：拉曼光譜 數(shù)據(jù)庫及信息查詢系統(tǒng)362主界面由左到右依次為 ，/選擇搜索方式 0 下拉框/選擇誤差值范圍0下拉框，/搜索 框0, /搜索全部0按鈕，/在結(jié)果中搜索0按鈕，/清空 結(jié)果0按鈕，/打印0按鈕。首先點擊/選擇搜索方式 0下拉框，可以選 擇搜索模式，比如：/顯示全部數(shù)據(jù)0, /按照序號 搜索0, /按照中文名稱搜索0, /按照英文名稱搜 索0, /按照化學(xué)式搜索0, /特征峰搜索0。當(dāng)您選擇/按照中、英文名稱搜索0時，只要 在搜索框中輸入您要查詢的中文或英文名稱即 可在/搜索結(jié)果列表區(qū)0顯示其特征峰值的列表 數(shù)據(jù)，用鼠標(biāo)選中一條數(shù)據(jù)將在/拉曼圖譜顯示區(qū)0顯示其所對應(yīng)的拉曼圖譜。點擊/打

20、印0按鈕即可打印輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)支持智能模糊搜索功能，比如當(dāng)您選擇 /英文名稱搜索0時,您不需要輸入一個英文單 詞的全稱比如翡翠/ jadeite0,你只要輸入/ jad0或者/ JD0或者/ JacD其中任意一種形式即可搜 索出結(jié)果。同理當(dāng)您選擇/中文名稱搜索 0時， 您只要輸入一個 /玉0字即可列出/剛玉0 /軟 玉0 /黃玉0、/玉髓0等結(jié)果。特別符合中國用戶習(xí)慣。選擇/特征峰搜索0時，首先輸入拉曼圖譜 中最強峰的波數(shù)值，如翡翠的1040（單位cm-1） 特征峰，輸入/ 10400（單位cm ）即可（如果輸 入的數(shù)據(jù)含有小數(shù)系統(tǒng)將自動取整）,系統(tǒng)將搜索到/霓石0 /石榴石0、/翡翠0、/綠

21、松石0等結(jié) 果。再次在搜索框內(nèi)輸入翡翠的次強峰波數(shù)值，-1如/ 7000 （單位cm ），點/在結(jié)果中搜索 0馬上 可以過濾掉其它不符合條件的結(jié)果，從而定位到 翡翠這一單一結(jié)果上。當(dāng)然對于其它物質(zhì)或是 特征峰多而復(fù)雜的情況，只要多次搜索即可得出 結(jié)果。該搜索引擎已經(jīng)驗證其適用性。通過/選擇誤 差值0選項，可以調(diào)整搜索結(jié) 果的范圍。如但您選擇誤差值為/ 20 （單位-1 -cm ）時,搜索波數(shù)滿足/ 10400（單位cm ）條件的結(jié)果，系統(tǒng)將波數(shù)在1038 1042（單位-1cm ）范圍內(nèi)的內(nèi)的結(jié)果列出，若選擇誤差值為-10（單位cm ）,則精確比對波數(shù)滿足/ 10400（單 位cm 1 ）精確

22、值的結(jié)果。用戶自定義功能：自然界的物質(zhì)多種多樣，目前本數(shù)據(jù)庫還不能含蓋所有的方面，用戶自定 199421）12 China Academic Jaumal llectronitPuhii前ing House. A11 right-;忙融cvM363光 散 射 學(xué) 報第20卷義模塊允許用戶自己輸入新測樣品的拉曼數(shù)據(jù)(如:新的藥品)，其中包括特征峰數(shù)據(jù)表格，和 拉曼圖譜。新添加的信息會包含在已有的數(shù)據(jù)庫中，能夠在搜索結(jié)果中顯示，這為構(gòu)建我國自 己的大型拉曼數(shù)據(jù)庫提供了平臺。如圖2所示。V- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing

23、 House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki r#光 散 射 學(xué) 報第20卷V- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki r#光 散 射 學(xué) 報第20卷全簾*請迭.揮謀駟-直!n全泄 柑漏中is/ iiwsfsa刺tTBi特牡峰2將征崎34；AltKHMdrltevir uf chryilMnl.17IniBdriCE喪石vir 0171iIfInAMliiiein56ImHrdiiH1ZS5032d1

24、73料2XtAJ2OJMil 4lr 553174拉壘數(shù)據(jù)庫韭欣囪M利程區(qū)im-SOD10001500F ig12The User- defined interfacesV- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki r#光 散 射 學(xué) 報第20卷V- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki

25、r#光 散 射 學(xué) 報第20卷4結(jié)論V- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki r#光 散 射 學(xué) 報第20卷V- 194-2012 China Academic Journal I Jectronic Publishing House All riflhts reserved. httnVAMWVxnki r#光 散 射 學(xué) 報第20卷本文基于目前先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫軟件技術(shù)，建立 了我國自己的拉曼光譜數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包含 珠寶玉石及其填充物、原

26、生礦物8、毒品，農(nóng)藥，打印復(fù)印墨跡、化學(xué)藥劑等數(shù)個子數(shù)據(jù)庫。該數(shù) 據(jù)庫操作簡單，快捷易用。操作人員無須具備十 分專業(yè)的知識即可操作使用。該系統(tǒng)相比國外 公司的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫9,具有無須聯(lián)網(wǎng)，即可單機(jī) 運行的特點。結(jié)合小型便攜式拉曼儀器可以廣 泛的應(yīng)用于寶玉石鑒定，毒品查繳等領(lǐng)域。并且 其在功能上可以不斷的擴(kuò)展，所包含的數(shù)據(jù)信息 可以不斷擴(kuò)充。參考文獻(xiàn)：1祖恩東，陳大鵬1 一些天然、合成及仿造寶 石的顯 微拉曼光譜鑒另H J1光散射學(xué)報，2002 14( 2): 63- 6812趙金濤，徐存英1痕跡走私海洛因顯微拉曼測試 分析J1光譜學(xué)與光譜分析，2002 22(4): 58859013張鵬翔，周小芳，方炎1兩種激發(fā)波長下蔬 菜水果 的拉曼光譜 對比研究J1光散射學(xué)報，200