【摘要】 拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

在做拉曼光谱（Raman）测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对拉曼测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

 

拉曼光谱简介：拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。

 

拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

 

拉曼光谱检测广泛应用于安检（毒品，毒药，危险品，违禁药品，生化检测等）、健康/食品/药品鉴别（假药，假化妆品，假食品，食品非法添加剂，植物药残，中草药成分鉴定等）、珠宝文物鉴定（珠宝文物的真假及年份的无损伤鉴定）、医学领域（DNA鉴别、人体代谢物（血，尿等）成分鉴别、癌细胞鉴别）、 地质领域（现场探矿、矿石成分定性分析和包裹体的研究等）。

 

下面小编根据几个案例来介绍拉曼光谱在科学研究中的应用。

 

案例1

 

（1） 题目及作者

 

 

（2) 文献收录: Analytical Chemistry

DOI:10.1021/acs.analchem.8b01009

 

（3) 摘要：

 

 

该研究通过拉曼光谱法演示、开发和验证了测定药片压缩过程中混合成分含量的在线和离线校准策略的方法。

 

根据拉曼光谱，建立了主成分回归模型。同时，使用内部移动粉末装置模拟饲料框架的环境，对少量校准共混物进行了离线研究。建立的拉曼方法被表明是适合于批量和连续生产过程中使用的饲料框架内粉末中活性成分的批量测定。

 

（4) 测试仪器介绍：

 

 

拉曼光谱仪使用Kaiser RXN4 -混合拉曼系统(Kaiser光学系统，Ann Arbor, MI)和PhAT接触探测器进行拉曼光谱收集。拉曼光谱仪在785nm处装备了400mW的激光。激光光斑直径为6mm，光谱范围为光谱范围为150 ~1890 cm-1，分辨率为4 cm -1。并在粉末流量方面提供适当的采样率。

 

（5) 测试谱图：

 

 

（6) 测试分析：

 

 

所有纯组分的拉曼光谱叠加如图3A所示。它清楚地表明，在考虑建模的范围内，赋形剂没有表现出对API的光谱干扰。回归向量与API图谱的比较表明了此模型对目标分析物的特异性。

 

图3B中绘制了回归向量以及API的频谱。由于PCR模型只包含一个PC，因此回归向量与第一个主成分相同。回归向量与纯组分谱的相关系数为：API为0.996，乳糖为0.26，MCC为0.05，克司卡麦洛糖钠为0.04，硬脂酸镁为0.25，因此，校准模型对目标分析物是最有选择性的。

 

案例2

 

（1) 题目及作者：

 

 

（2) 文献收录: Analytical Chemistry

DOI:10.1021/acs.analchem.5b02829

 

（3) 摘要：

 

 

该研究结合了依赖不变配体的分离方法的优点和拉曼光谱的高特异性特点。为了分离细菌细胞，将吡啶固定在平面铝基芯片上。捕获后，获得了分离物种的单细胞拉曼光谱。由于每个物种的光谱具有唯一性，所以细菌可以被识别。

 

这种方法可以快速地检测潜在的病原体。通过从自来水样本中分离和鉴定铜绿假单胞菌和荧光假单胞菌来证明基于铜绿假单胞菌铁载体的细菌分离是完全与拉曼兼容的，并进一步研究这种方法的能力，这两种细菌都是条件致病菌，对免疫缺陷患者构成威胁。

 

（4) 测试仪器介绍：

 

 

该研究的拉曼测量是在拉曼显微镜下进行的，具有532 nm激励波长和100倍放大物镜。每个频谱的积分时间为15秒，以达到足够的信噪比。

 

（5) 测试谱图

 

 

（5) 测试类别分析：

 

 

大肠杆菌和不同种类的假单胞菌的平均光谱，类似于细菌细胞的典型拉曼光谱。一个细胞的拉曼光谱是相当复杂的，因为细胞的所有成分都会对拉曼信号产生影响，从而导致各种光谱的叠加。

 

观察到以2900 cm-1为中心的宽频带是CH2和CH3基团伸缩振动的结果，而在1448 

cm-1的宽频带可以归为CH2和CH3基团的变形振动。此外，在光谱中还发现了1665和

1245cm-1的酰胺I和酰胺III条带以及1004cm-1的锐苯丙氨酸条带。

 

案例3

 

（1） 题目及作者：

 

 

（2) 文献收录: Nature Communications

https://doi.org/10.1038/s41467-019-12442-9

 

（3) 摘要：

 

 

振动光谱由红外吸收光谱和拉曼散射光谱组成，广泛应用于各种科学和工业领域的无标签光学传感和成像。

 

这两种分子光谱学方法对不同类型的振动很敏感，并提供互补的振动光谱，但由于两种方法之间的波长差异很大，用单一的光谱设备获取完整的振动信息是一个挑战。

 

 

该研究演示了同步红外吸收和拉曼散射光谱，这使我们能够使用基于超短脉冲激光的单一仪器测量分子指纹区域的完整宽带振动光谱。该系统基于双模态傅里叶变换光谱学，有效地利用了非线性光学效应。

 

我们的概念验证实验演示了快速、宽频带和高光谱分辨率测量有机液体的互补光谱，用于精确和准确的分子分析。

 

（4) 测试仪器介绍：

 

 

The system is based on dual-modal FTS equipped with an ultrashort NIR0 pulsed laser, a Michelson interferometer, a nonlinear crystal for MIR pulse generation and photodetectors. The NIR pulsed laser (Ti:Sapphire Kerr-lens modelocked laser) generates ultrashort pulses centered at 800 nm with a pulse duration of 10 fs at a repetition rate of 75 MHz (Synergy Pro, Spectra-Physics). The NIR pulses are coupled into the Michelson interferometer after passing through a halfwave plate to generate double NIR pulses with an OPD between the first and second pulses, which is scanned by a motorized stage in the interferometer. The OPD is measured at interferometric precision by continuous-wave (CW).

 

该研究采用CVS-Raman系统，将CVS和拉曼检测结合起来，有效延伸和开发了拉曼的功能。

 

（5) 测试谱图：

 

 

（6) 测试分析：

 

 

In Fig.4，Red and blue curves represent CVS-IR and CVS-Raman spectra, respectively. The inset shows the zoomed spectrum of the Raman peaks of DMSO and benzene around 3000 cm-1. The vibrational lines are found from 800 to 1700 cm-1 in the CVS-IR spectrum and from 600 to 3100 cm-1 in the CVS-Raman spectrum. The small spikes at 500~550, 750, 1250, and 2500 cm-1 in the CVS-Raman spectra are attributed to instrumental noise, which can be removed by careful instrumentation.

 

为了说明该系统对其他样本的适用性，我们进行了实验研究测量三种不同液体样品的互补光谱：苯、氯仿和4:1的苯混合物和二甲基亚砜(DMSO)(图4)光谱高达3000cm-1，显示其超宽带测量能力。

 

这种测量能力具有高光谱分辨率的超宽带光谱是一种独特的光谱，利用傅里叶变换光谱学技术给出了特征。小峰值处的500-550,750,1250cm-1和CVS -拉曼光谱中的2500cm-1属于仪器噪声。

 

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