拉曼光谱检测技术应用

    赵淑平 何栩翊 卢静 童瑞君 王宝英

    摘要：本文主要对拉曼光谱检测技术在气体检测、医学检测、食品检测、微纳米材料检测、防爆安检中的应用进行了综述介绍，展示出拉曼光谱检测技术的广泛应用前景。

    关键词：拉曼光谱；检测；应用

    0 引言

    拉曼光谱检测技术是利用拉曼光谱来研究分子振动、转动的一种光谱学方法，光子照射到分子上时，会与被检测物质分子发生相互作用，产生散射光，散射光谱可以表征分子振动或转动能级差的特征频移，从而来反应物质中分子结构和成分。多种拉曼光谱技术均具有无损、快速、灵敏度高的特点，得到了物质分析领域研究人员的极大关注。本文对拉曼光谱在检测方面的应用进行了综述。

    1 拉曼光谱在检测中的应用

    1.1 拉曼光谱在气体检测中的应用

    拉曼光谱检测技术具有光谱谱峰清晰尖锐的特点，并且拉曼光谱强度与被检测物的浓度呈线性关系，符合朗伯比尔定律，对气体样品进行无接触、无损耗检测，所以拉曼可以利用拉曼光谱检测技术进行气体定量检测研究工作。夏杰等研究人员利用激光拉曼光谱气测仪进行气测录井，即对钻井液所含气体成分进行分析，为钻井提供安全保障，实现了对烃类和非烃类多种气体的实时、连续、一次性检测，能及时检测出S02、CO等有毒有害气体，最大限度地降低燃爆等安全事故的发生；油浸式变压器油在电力变压器内部出现过热等故障情况下，会分解产生包括CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO，、H，等七种变压器故障特征气体；陈新岗等研究人员利用拉曼光谱检测技术对变压器油中溶解的气体进行了有效的检测及分析，尤其是对CH4气体进行了定量谱分析检测，为拉曼检测故障气体的定量分析提供了良好的数据和方法；郭金家等研究人员利用基于空芯光纤的增强拉曼光谱检测方法对N2和02进行了检测实验研究工作，提高了气体检测的灵敏度和速度。

    1.2 拉曼光谱在医学检测中的应用

    拉曼光谱检测在医学检测中的应用主要包括药物成分检测、肿瘤检测、癌变组织检测等；甘盛等研究人员使用拉曼光谱检测技术对减肥中成药中非法添加的酚酞进行了快速检测，通过拉曼光谱强度定量分析出酚酞的添加量；沈阳洋等研究人员对拉曼光谱检测技术在肿瘤检测方面的应用进行了综述，当身体的组织细胞发生癌变时，可通过微观观测核酸、蛋白质、脂类及碳水化合物等物质，找出它们发生的细微变化，通过与正常组织细胞的拉曼光谱进行对比，进行早期肿瘤的筛查工作，并且可为手木切除范围提供了佐证；许智宏等研究人员对拉曼光谱检测技术在鼻咽癌检测上的应用进行了综述研究工作，2800～3100cm-1拉曼光谱范围内有明显的四个特征谱峰，分别是2854 cm-1、2874 cm-1、2934 cm-1、3067cm2，为以后的医疗科研及检测提供了参考；卢明子等研究人员对拉曼光谱检测技术在血红蛋白结构及功能的检测中的应用进行了综述，检测主要是关于病变血红蛋白的检测，为诊断提供依据，还有关于血红蛋白反应动力学的研究工作，以及定量评估血氧饱和度和高铁血红蛋白含量方面的拉曼光谱检测工作，为白血病的早期诊断奠定了基础。

    1.3 拉曼光谱在食品检测中的应用

    拉曼光谱检测技术通过分析、测试被测试食品中的分子结构来达到品质检测的目的。农药残留、营养成分测定、食品的真伪等都是目前食品检测中主要关注的问题。王海阳等研究人员利用共焦显微拉曼光谱仪对脐橙上的农药残留进行了检测，观测了亚胺硫磷和乐果等两种农药的特征峰波段，实现了对两种农药的快速可靠的检测；朱莉娅等研究人员利用表面增强拉曼光谱技术结合化学计量学方法，实现了西瓜中甲基异柳磷农药残留的快速检测；丁亦男等等研究人员把表面增强拉曼光谱技术应用到食品中微量苯并芘的检测中，检测限达到10-6 mol/L；張克勤等研究人员使用激光拉曼检测技术对五谷中的糖类、蛋白质等营养成分进行了检测，可以明显看到特征峰，且碳水化合物含量高于蛋白质；AC Di等研究人员采用不同的拉曼光谱检测技术对烹饪香料中的苏丹红进行了检测，其中表面增强拉曼光谱检测技术结果最优，可以快速区分出苏丹红掺假香料；倪伟全等等研究人员利用便携式拉曼光谱仪对辣椒粉、辣椒油、豆瓣酱中的违禁添加剂罗丹明B进行了检测，检测过程简易化，时间缩短了一半；谭棕等研究人员利用显微拉曼技术与咖啡环效应、化学计量学算法相结合的方法，对牛奶中最为典型的非法添加物三聚氰胺进行了高效灵敏的检测，对牛奶中三聚氰胺的检出限可达l0-6mol/L。

    1.4 拉曼光谱在微纳米材料检测中的应用

    新型微纳米材料的结构、物理化学特性、应力传递特性等是目前研究热点，而拉曼光谱检测技术在微纳米材料检测中有广泛的应用前景。高云等研究人员对拉曼光谱学在研究碳纳米管的各项特性及应用进行了综述，其中提到拉曼光谱是目前研究碳纳米管与聚合物材料之间界面分子力相互作用效果的良好的检测方法，对聚合物的相变过程进行监测，还可对碳纳米管的杨氏模量进行准确计算；吴娟霞等研究人员对拉曼光谱应用在石墨烯结构和缺陷的表征中的新进展进行了综述，石墨烯的的拉曼特征峰包括：表征其结构缺陷和边缘的D峰和D'峰，表征sp2碳原子面内振动的G峰，表征碳原子层间堆垛方式的2D峰，可通过拉曼光谱的谱峰的位置、强度、峰型等信息，分析出石墨烯的层数、是否有品格缺陷以及掺杂情况、基底材料、温度和应力等对石墨烯结构和其他物理特性的影响；李坤威等等研究人员对不同基底和掺杂的石墨烯的拉曼光谱检测研究现状进行了综述，主要对衬底材料为铟锡氧化物、蓝宝石和玻璃基底上石墨烯进行了拉曼光谱检测，拉曼G峰和2D峰均有偏移，但两者之间的强度比依然可以用来判断石墨烯的层数，掺杂可改变石墨烯的带隙宽度，从而表现出半导体特性，通过对掺杂石墨烯拉曼光谱的与原始拉曼光谱对比，可以定性分析掺杂种类，以及定量表征石墨烯的载流子浓度，在制备石墨烯和石墨烯复合物材料时，均可采用拉曼光谱检测技术来分析。

    1.5 拉曼光谱在防爆安检中的应用

    利用表面增强拉曼光谱可以实现快速检测毒品，为公安机关进行毒品现场排查以及物证提取提供了巨大的帮助；易燃易爆危险品也严重危害着公共安全，包括有机爆炸物和无机爆炸物两大类。吴辉阳使用便携式拉曼光谱仪对无机爆炸物硝酸钾和过氧化氢等进行了拉曼光谱检测，根据光谱可以容易地分辨出这两种物质，同时还对常见的三种有机爆炸物硝酸铵、硝化纤维素和TNT进行了拉曼光谱检测，均能方便快捷准确地实现检测；酒驾和醉驾是交通事故发生的主要原因之一，我国交通法中对血液中乙醇含量的多少作为酒后驾车判定的重要指标，王胜引采用拉曼光谱法检测血液中乙醇的含量，设计的以拉曼光谱法为核心的血液酒精检测系统具有快速、误差小等特点。

    2 结束语

    拉曼光谱检测技术是一种非接触性的对物质分子结构进行快速检测的技术方法，众多学者及研究人员从技术层面和应用层面展开了研究工作，可以看出拉曼光谱检测技术在未来的检测领域定会大有作为。