拉曼光谱技术应用的综述

拉曼光谱技术应用的综述

摘要：介绍了拉曼光谱的原理，拉曼光谱技术以及近年来拉曼光谱分析技术在考古、医学、文物、宝石鉴定、林业和法庭科学等领域的最新进展。并对其未来的应用前景进行了展望。

关键词：拉曼光谱技术；应用；原理

中图分类号043 文献标识码a 文章编号

1674-6708(20lo)29-0115-02

o、引言

1928年，印度科学家raman发现了拉曼散射效应，拉曼光谱最初用的光源是聚焦的日光，后来使用汞弧灯，由于它强度不太高和单色性差，限制了拉曼光谱的发展，直到使用激光作为激发光源的激光拉曼光谱仪问世以及傅立叶变换技术的出现，拉曼光谱检测灵敏度才大大增加，其应用范围也在不断地扩大。目前，拉曼光谱已广泛应用于考古、医学、文物、宝石鉴定、石油化工、林业和法庭科学等领域。

1.拉曼光谱原理

拉曼散射是光照射到物质上发生的非弹性散射所产生的。单色光束的入射光光子与分子相互作用时可发生弹性碰撞和非弹性碰撞，在弹性碰撞过程中，光子与分子间没有能量交换，光子只改变运动方向而不改变频率，这种散射过程称为瑞利散射。而在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或者分子的振动和转动能量传

递给光子，从而改变了光子的频率，这种散射过程称为拉曼散射。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射。

2、常用的拉曼光谱技术

常用的拉曼光谱技术主要有：显微共焦拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共振增强拉曼光谱技术和表面增强拉曼光谱技术。

3、拉曼光谱技术的应用

3.1 拉曼光谱在考古研究中应用

对古代青铜器的腐蚀产物进行分析研究，有利于我们认识古代各国的合金技术及处理工艺，研究其腐蚀机理，从而探讨古青铜器的保护方案。与传统的鉴别方法如电镜、x光衍射等分析方法相比较，拉曼光谱被证实是对金属器物做无损检测的一种非常有效的方法。文物中颜料鉴定的目的是为了获得历史、艺术和技术信息。大多颜料由于受环境和气候的影响而发生了退化脱落，甚至有些新出土文物的颜料非常潮湿，同时有些颜料是混合颜料或多个颜料层叠加，这给颜料的分析带来了困难。拉曼光谱作为现代技术对古颜料进行分析研究，是以光子为探针，可进行原位的无损检测，同时它对样品的结构和成分极为敏感，就像人的指纹一样，各种物质的拉曼谱都有自己的特征，因而成为一种十分有利的无损检测手段。

古陶器胎体及釉面的矿物组成和成分分析的研究，对于鉴定古陶器的产地、年代，研究古陶器的烧结工艺技术及发展过程有着重要的意义。显微拉曼光谱技术采用低功率激光器，先进的滤光技术及

高效的ccd技术，具有检测灵敏度高、时间短、样品无需制备等特点，且可对被测样品进行非接触性，非破坏性的测试，快速而准确地实现古陶器的微区组成分析及矿物检定，对进一步研究分析古陶器产地、特征、研究烧结工艺技术等有一定的意义。

3.2 拉曼光谱技术在医学研究中的应用

癌症是人类健康最大敌人，几乎人体的所有器官都能发生癌症，全球每年约有万人被癌症夺去生命。因此，早期诊断对于提高病人的生存几率显得尤为重要。拉曼光谱可以在分子水平上揭示癌细胞组织结构与正常细胞组织结构之间的差异，通过一定数量癌变的和正常的器官组织的拉曼光谱的对比研究，从二者差异应能找出反映改变的特征标志光谱。拉曼光谱可以对生物材料样品进行测定而不会改变样品的性状，为此应用这项技术对动物组织和细胞进行研究可用于医学诊断为癌症诊断和机理分析提供重要的信息和数据。这对于癌症的诊断具有重要的临床意义。

3.3 拉曼光谱技术在林业中的应用

林木种子的优劣是造林的关键，选用良种是培育壮苗和林术速生、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台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。

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。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。

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、sio2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。

3.4 拉曼光谱技术在石油化工行业的应用

关于拉曼光谱技术在石油化工行业的应用研究报道比较少，主要集中于国外研究，国内鲜有报道。但涉及的领域基本覆盖了石油化工各领域见表一，包括烃族组成分析、燃料质量指标检测、输油管线油品混油监控和油品在线调和。

3.5 拉曼光谱技术在物证鉴定中的应用

拉曼光谱技术无损样品的优越性使其可广泛应用于各类理化物

证的鉴定中。目前，国内相关报道主要集中在利用显微拉曼光谱技术分析油墨、纸张、爆炸物、射击残留物、纤维、玻璃、泥土、涂料以及汽油、化妆品等。

dna是生物遗传信息的载体，是生物遗传的物质基础。随着细胞研究工作的深入，许多问题更需要在分子水平上去研究。药物、温度、紫外线、酸度、γ射线等对dna的损伤和影响，通过对作用前

后的拉曼光谱分析，可以获知dna的脱氧核糖、碱基和整个骨架的转动和振动以及空间构型变化等重要信息。

4、结论

拉曼光谱技术已广泛应用于医药、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域。近年来该技术在细胞和组织的癌变方面的检测也取得了很大的进展。随着激光技术的发展和检测装置的改进，拉曼光谱技术在当代工业生产和科学研究中必将得到越来越广泛的应用。

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