拉曼光譜檢測技術(shù)應(yīng)用

趙淑平 何栩翊 盧靜 童瑞君 王寶英

摘要：本文主要對拉曼光譜檢測技術(shù)在氣體檢測、醫(yī)學(xué)檢測、食品檢測、微納米材料檢測、防爆安檢中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述介紹，展示出拉曼光譜檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：拉曼光譜；檢測；應(yīng)用

0 引言

拉曼光譜檢測技術(shù)是利用拉曼光譜來研究分子振動、轉(zhuǎn)動的一種光譜學(xué)方法，光子照射到分子上時(shí)，會與被檢測物質(zhì)分子發(fā)生相互作用，產(chǎn)生散射光，散射光譜可以表征分子振動或轉(zhuǎn)動能級差的特征頻移，從而來反應(yīng)物質(zhì)中分子結(jié)構(gòu)和成分。多種拉曼光譜技術(shù)均具有無損、快速、靈敏度高的特點(diǎn)，得到了物質(zhì)分析領(lǐng)域研究人員的極大關(guān)注。本文對拉曼光譜在檢測方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 拉曼光譜在檢測中的應(yīng)用

1.1 拉曼光譜在氣體檢測中的應(yīng)用

拉曼光譜檢測技術(shù)具有光譜譜峰清晰尖銳的特點(diǎn)，并且拉曼光譜強(qiáng)度與被檢測物的濃度呈線性關(guān)系，符合朗伯比爾定律，對氣體樣品進(jìn)行無接觸、無損耗檢測，所以拉曼可以利用拉曼光譜檢測技術(shù)進(jìn)行氣體定量檢測研究工作。夏杰等研究人員利用激光拉曼光譜氣測儀進(jìn)行氣測錄井，即對鉆井液所含氣體成分進(jìn)行分析，為鉆井提供安全保障，實(shí)現(xiàn)了對烴類和非烴類多種氣體的實(shí)時(shí)、連續(xù)、一次性檢測，能及時(shí)檢測出S0₂、CO等有毒有害氣體，最大限度地降低燃爆等安全事故的發(fā)生；油浸式變壓器油在電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)過熱等故障情況下，會分解產(chǎn)生包括CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO，、H，等七種變壓器故障特征氣體；陳新崗等研究人員利用拉曼光譜檢測技術(shù)對變壓器油中溶解的氣體進(jìn)行了有效的檢測及分析，尤其是對CH₄氣體進(jìn)行了定量譜分析檢測，為拉曼檢測故障氣體的定量分析提供了良好的數(shù)據(jù)和方法；郭金家等研究人員利用基于空芯光纖的增強(qiáng)拉曼光譜檢測方法對N2和02進(jìn)行了檢測實(shí)驗(yàn)研究工作，提高了氣體檢測的靈敏度和速度。

1.2 拉曼光譜在醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用

拉曼光譜檢測在醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用主要包括藥物成分檢測、腫瘤檢測、癌變組織檢測等；甘盛等研究人員使用拉曼光譜檢測技術(shù)對減肥中成藥中非法添加的酚酞進(jìn)行了快速檢測，通過拉曼光譜強(qiáng)度定量分析出酚酞的添加量；沈陽洋等研究人員對拉曼光譜檢測技術(shù)在腫瘤檢測方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，當(dāng)身體的組織細(xì)胞發(fā)生癌變時(shí)，可通過微觀觀測核酸、蛋白質(zhì)、脂類及碳水化合物等物質(zhì)，找出它們發(fā)生的細(xì)微變化，通過與正常組織細(xì)胞的拉曼光譜進(jìn)行對比，進(jìn)行早期腫瘤的篩查工作，并且可為手木切除范圍提供了佐證；許智宏等研究人員對拉曼光譜檢測技術(shù)在鼻咽癌檢測上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述研究工作，2800～3100cm-1拉曼光譜范圍內(nèi)有明顯的四個(gè)特征譜峰，分別是2854 cm_-1、2874 cm_-1、2934 cm_-1、3067cm₂，為以后的醫(yī)療科研及檢測提供了參考；盧明子等研究人員對拉曼光譜檢測技術(shù)在血紅蛋白結(jié)構(gòu)及功能的檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，檢測主要是關(guān)于病變血紅蛋白的檢測，為診斷提供依據(jù)，還有關(guān)于血紅蛋白反應(yīng)動力學(xué)的研究工作，以及定量評估血氧飽和度和高鐵血紅蛋白含量方面的拉曼光譜檢測工作，為白血病的早期診斷奠定了基礎(chǔ)。

1.3 拉曼光譜在食品檢測中的應(yīng)用

拉曼光譜檢測技術(shù)通過分析、測試被測試食品中的分子結(jié)構(gòu)來達(dá)到品質(zhì)檢測的目的。農(nóng)藥殘留、營養(yǎng)成分測定、食品的真?zhèn)蔚榷际悄壳笆称窓z測中主要關(guān)注的問題。王海陽等研究人員利用共焦顯微拉曼光譜儀對臍橙上的農(nóng)藥殘留進(jìn)行了檢測，觀測了亞胺硫磷和樂果等兩種農(nóng)藥的特征峰波段，實(shí)現(xiàn)了對兩種農(nóng)藥的快速可靠的檢測；朱莉婭等研究人員利用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了西瓜中甲基異柳磷農(nóng)藥殘留的快速檢測；丁亦男等等研究人員把表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用到食品中微量苯并芘的檢測中，檢測限達(dá)到10_-6 mol/L；張克勤等研究人員使用激光拉曼檢測技術(shù)對五谷中的糖類、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分進(jìn)行了檢測，可以明顯看到特征峰，且碳水化合物含量高于蛋白質(zhì)；AC Di等研究人員采用不同的拉曼光譜檢測技術(shù)對烹飪香料中的蘇丹紅進(jìn)行了檢測，其中表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測技術(shù)結(jié)果最優(yōu)，可以快速區(qū)分出蘇丹紅摻假香料；倪偉全等等研究人員利用便攜式拉曼光譜儀對辣椒粉、辣椒油、豆瓣醬中的違禁添加劑羅丹明B進(jìn)行了檢測，檢測過程簡易化，時(shí)間縮短了一半；譚棕等研究人員利用顯微拉曼技術(shù)與咖啡環(huán)效應(yīng)、化學(xué)計(jì)量學(xué)算法相結(jié)合的方法，對牛奶中最為典型的非法添加物三聚氰胺進(jìn)行了高效靈敏的檢測，對牛奶中三聚氰胺的檢出限可達(dá)l0_-6mol/L。

1.4 拉曼光譜在微納米材料檢測中的應(yīng)用

新型微納米材料的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)特性、應(yīng)力傳遞特性等是目前研究熱點(diǎn)，而拉曼光譜檢測技術(shù)在微納米材料檢測中有廣泛的應(yīng)用前景。高云等研究人員對拉曼光譜學(xué)在研究碳納米管的各項(xiàng)特性及應(yīng)用進(jìn)行了綜述，其中提到拉曼光譜是目前研究碳納米管與聚合物材料之間界面分子力相互作用效果的良好的檢測方法，對聚合物的相變過程進(jìn)行監(jiān)測，還可對碳納米管的楊氏模量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算；吳娟霞等研究人員對拉曼光譜應(yīng)用在石墨烯結(jié)構(gòu)和缺陷的表征中的新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，石墨烯的的拉曼特征峰包括：表征其結(jié)構(gòu)缺陷和邊緣的D峰和D'峰，表征sp2碳原子面內(nèi)振動的G峰，表征碳原子層間堆垛方式的2D峰，可通過拉曼光譜的譜峰的位置、強(qiáng)度、峰型等信息，分析出石墨烯的層數(shù)、是否有品格缺陷以及摻雜情況、基底材料、溫度和應(yīng)力等對石墨烯結(jié)構(gòu)和其他物理特性的影響；李坤威等等研究人員對不同基底和摻雜的石墨烯的拉曼光譜檢測研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，主要對襯底材料為銦錫氧化物、藍(lán)寶石和玻璃基底上石墨烯進(jìn)行了拉曼光譜檢測，拉曼G峰和2D峰均有偏移，但兩者之間的強(qiáng)度比依然可以用來判斷石墨烯的層數(shù)，摻雜可改變石墨烯的帶隙寬度，從而表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，通過對摻雜石墨烯拉曼光譜的與原始拉曼光譜對比，可以定性分析摻雜種類，以及定量表征石墨烯的載流子濃度，在制備石墨烯和石墨烯復(fù)合物材料時(shí)，均可采用拉曼光譜檢測技術(shù)來分析。

1.5 拉曼光譜在防爆安檢中的應(yīng)用

利用表面增強(qiáng)拉曼光譜可以實(shí)現(xiàn)快速檢測毒品，為公安機(jī)關(guān)進(jìn)行毒品現(xiàn)場排查以及物證提取提供了巨大的幫助；易燃易爆危險(xiǎn)品也嚴(yán)重危害著公共安全，包括有機(jī)爆炸物和無機(jī)爆炸物兩大類。吳輝陽使用便攜式拉曼光譜儀對無機(jī)爆炸物硝酸鉀和過氧化氫等進(jìn)行了拉曼光譜檢測，根據(jù)光譜可以容易地分辨出這兩種物質(zhì)，同時(shí)還對常見的三種有機(jī)爆炸物硝酸銨、硝化纖維素和TNT進(jìn)行了拉曼光譜檢測，均能方便快捷準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)檢測；酒駕和醉駕是交通事故發(fā)生的主要原因之一，我國交通法中對血液中乙醇含量的多少作為酒后駕車判定的重要指標(biāo)，王勝引采用拉曼光譜法檢測血液中乙醇的含量，設(shè)計(jì)的以拉曼光譜法為核心的血液酒精檢測系統(tǒng)具有快速、誤差小等特點(diǎn)。

2 結(jié)束語

拉曼光譜檢測技術(shù)是一種非接觸性的對物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢測的技術(shù)方法，眾多學(xué)者及研究人員從技術(shù)層面和應(yīng)用層面展開了研究工作，可以看出拉曼光譜檢測技術(shù)在未來的檢測領(lǐng)域定會大有作為。