拉曼光谱技术 [拉曼光谱技术与应用]

研究进展

2010年9月第17卷第27期

拉曼光谱技术与应用

杨芳

（湖南省常德市药检所，湖南常德

415000）

[摘要]本文介绍了拉曼光谱的理论，综述了人们采用常规及其增强两种拉曼光谱分析技术应用于定性和定量研究

方向的应用进展，同时对其应用前景做出了展望。

[关键词]拉曼光谱；傅里叶变换拉曼光谱技术；表面增强拉曼光谱技术[中图分类号]R318.51[文献标识码]A[文章编号]1674-4721（2010）09（c）-012－02

拉曼光谱是一种散射光谱[1]。拉曼光谱常采用激光作为单色光源，当一束频率为ν0的单色光照射到试样上会出现透射、吸收、散射3种情况。散射光中的大部分频率与入射光相同（ν=ν0），而一小部分频率发生偏移（ν=ν0±νν）。这种频率发生偏移的光的光谱就是拉曼光谱。一般讨论的拉曼散射是指斯托克斯散射（ν=ν0+νν），光谱中常常出现一些尖锐的峰，是试样中某些特定分子的特征。

位拉曼散射测量系统中描述了一套利用激光加热技术等成功搭建起来的高温高压原位拉曼散射、布里渊散射的光学测量系统。

1.2增强拉曼光谱技术

增强拉曼光谱技术能够克服散射信号强度弱、检测灵敏度低，低浓度试样分析难以得到检测，尤其在微量和痕量分析时发生困难的弱点。增强拉曼光谱术分为两种：

1拉曼光谱技术

1.1常规拉曼光谱技术

1.1.1傅里叶变换拉曼光谱技术傅立叶变换拉曼光谱技术

使用傅立叶变换的干涉仪型光谱仪。来自试样的拉曼散射光通过干涉仪进入探测器，获得一干涉图，随后进行傅里叶变换得到拉曼光谱。此技术针对荧光强、颜色深的样品更适用。这种技术克服了荧光干扰，具有测量波段宽、热效应小、光谱频率精度高及灵敏度高等优点，且具有多通路的特点，能同时测定所有频率[2]。乔惠君等[3]介绍傅立叶变换近红外拉曼光谱技术是现代激光光谱技术中的一种，对其基础理论进行评价、综述。邓学良等[4]利用傅立叶变换红外光谱法，直接、快速地测定了不同参片样品。

1.1.2显微拉曼光谱技术显微拉曼光谱技术通常是指装备有显微镜系统的拉曼光谱仪。采用了低功率激光器，高转换效率的全息CCD技术，具有检测灵敏度高、时间短、所需样品量小、样品无需制备等优点。柯惟中等采用显微激光拉曼谱仪对各类司法文件作了无损检测。证明此技术用于检测、鉴定司法文件是切实可行的，鉴定的结果可以为法庭提供科学依据。

[5]

1.2.1表面增强拉曼光谱技术表面增强拉曼散射是指在金属胶粒和粗糙金属(如银、金、铜等)表面作用下,试样的拉曼散射强度会增加104～106倍。刘鹏等[8]采用表面增强拉曼光谱

技术以对样本检测快速、灵敏、无破坏性等众多优点，在分析生化样本成分方面有着非常重要而广泛的应用。秦维等[9]采用机械粗糙、电化学氧化还原、化学刻蚀等方法对纯钛电极表面进行粗糙，在钛基底上获得了表面增强拉曼光谱信号。陈伟炜等[10]测试分析了白术煎剂及其在银胶中的拉曼光谱，并对其进行初步谱峰归属。可能为白术煎剂或其他中药煎剂提供一种准确、直接、快速的检测方法。

1.2.2共振增强拉曼光谱技术当激发光波长与分子的电子

跃迁波长相等时将发生共振拉曼散射。拉曼散射强度比常规拉曼散射要高出约104～106倍，可用于低浓度和微量试样的检测，特别适用于生物大分子试样检测。姜永恒等[11]测量了

CCl4和CS2分子的Raman光谱。用Bertran理论和群论等相

关理论对其光谱强度进行了分析，获得了发生费米共振分子的拉曼光谱强度的特殊规律。董晓慧等[12]采用共振拉曼光谱技术和量子化学计算研究了苯甲酰苯胺在甲醇和乙腈溶液中的短时光化学动力学行为。结果表明，苯甲酰苯胺的非平面反式结构为最稳定结构。

1.1.3光声拉曼技术光声拉曼光谱术是通过光声方法来直

接探测样品中因相干拉曼过程而存储的能量的一种非线性光谱技术。邹文栋[6]运用准平衡模型以及热弹理论，对固体样品中光声拉曼效应进行理论分析，导出了脉冲激光泵浦下光声拉曼信号的解析表达式，并总结分析了固体中光声拉曼效应的一些原理。

1.1.4高温高压原位拉曼光谱技术高温高压原位拉曼光谱技术能揭示试样的微观结构及其在高温高压下的物理化学反应，光谱既能得到反应物和产物的结构信息，还可获取反应中间体及其变化过程的信息。贾茹等[7]在一套高温高压原

[作者简介]杨芳（1976-），女，民族：汉；毕业院校：成都中医药大学药学院；学历：大学本科；从事工作：药品检验；职称：主管药师。

2拉曼光谱的应用方向

分析拉曼光谱的目标是探测试样元素、成分、分子取向、结晶状态以及应力和应变状态等信息。这些信息隐含在拉曼光谱各拉曼峰的峰高、宽度、面积、位置（频移）和形状中。分析内容通常有3部分：确定拉曼中含有欲测信息的那部分光谱；将有用的拉曼信号从光谱的其他部分（噪声）中分离出来；确立将拉曼信号与试样信息间相联系的数学关系（或化学计量关系）。

拉曼光谱具有定性分析并对相似物质进行区分的功能。由于拉曼光谱的峰强度与相应分子的浓度成正比，拉曼光谱也能用于定量分析，故拉曼光谱的分析方向有两种：

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2.1定性分析

因不同的物质具有不同的特征光谱，故可以通过光谱进行定性分析。拉曼定性测量提供有关样品中振动谱带的准确光谱信息。由于拉曼光谱适合于特定的化合物，拉曼定性测量可用于简便鉴别试验以及结构解析。定性分析可以用人工测定，也可以用光谱数据库搜索测定。

张俊吉等[13]通过对对乙酰氨基酚的拉曼光谱和红外光谱对比分析，再结合文献，对其拉曼光谱和红外光谱振动模式的归属分别进行了指认；任毅华等[14]报道了诺氟沙星及诺氟沙星胶囊内容物的FT-Raman光谱在银胶基底上的表面增强拉曼光谱,归属了各个振动。林文硕等[15]在山药近红外拉曼光谱分析中采用785nm半导体激光光源等光电器件，构建了一套近红外拉曼光谱探测系统，测试获得了山药的拉曼光谱及拉曼一阶倒数谱。山药拉曼一阶导数谱变化较为明显，可以更为清晰地表现山药拉曼光谱。能作为山药拉曼光谱分析的补充方法；郭萍等[16]采用拉曼光谱测定样品，并对拉曼光谱图进行比较。结果表明，拉曼光谱图中各散射特征峰位置相对应，其关系互补。采用拉曼光谱分析法，对中草药胶股蓝的成分研究和特征波谱的鉴别，能为合理利用胶股蓝资源和寻找胶股蓝新的有效成分提供依据。

以下为自动处理如张新等

[17-18]

在便携式拉曼光谱仪用于

部分头孢菌素类药品和磺胺类药物成分识别的初步研究中采用TruScan便携式拉曼光谱仪，建立部分头孢菌素、磺胺类对照品图谱库，并测定相应制剂的拉曼光谱，通过图谱比对进行识别。结果表明，所测药物对照品图谱峰形良好，指纹性强，可准确区分；利用对照品库识别制剂中主成分，以制剂全谱识别作为补充，可以对相应制剂准确识别。

2.2定量分析

拉曼光谱技术作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强与分析物浓度间有线性比例关系。影响拉曼峰面积和峰高度的因素不只有分析浓度，还有其他因素。所以，几乎所有拉曼定量分析方法，在建立标定曲线之前都使用某种类型的内标。如吴小琼等[19]利用葡萄糖液激光拉曼光谱中的特征峰—CCO（1125cm－1），以本地溶液为内标物，组成相对强度，对葡萄糖溶液含量进行了测定研究，具有测定简单，操作方便，无需添加其他任何化学试剂的优点，是一种绿色分子测定方法；刘文涵等

[20]

利用甲醇溶液中CH3对称伸缩峰

（2843cm－1）的激光拉曼光谱峰，同时以本底溶液；刘强春等[21]

使用LRS-Ⅲ型激光拉曼光谱仪，以苯和四氯化碳为例，通过对它们自身及其不同体积比混合液的拉曼光谱研究及分析，定量得出苯和四氯化碳的体积比和其特征峰强度的关系，根据工作曲线，可以得出苯和四氯化碳的含量；郝世名等

[22]

采用激光拉曼光谱对CCl4含量进行直接测定，通过不同浓

度CCl4的拉曼光谱特征峰强度以及CCl4与溶剂乙醇拉曼特征峰的相对强度比，与CCl4的体积浓度建立线性回归方程，获得很好的准确度。

研究进展

3发展前景

近年由于激光技术的发展以及纳米科技迅猛发展的带动，拉曼光谱也取得了很好的成效。随着人们更加深入的研究，其将会在医学、药学、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域发挥越来越重要的作用。

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（收稿日期：2010-07-12）

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