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拉曼光谱无损检测技术新进展

导读: 利用拉曼光谱技术对样品进行无损分析,具有测试样品非接触性、非破坏性以外,还具有时间短、样品所需量小、样品无需制备等特点。

  1、引言

  无损检测技术是现代物理学、电子学、电子计算机技术、信息处理技术等学科的基础上发展起来的一门综合性技术。发达国家特别重视无损检测技术,美国为了保持它在世界上的领先地位,在政府工作报告中明确把无损检测技术中心作为国家六大技术中心之一进行建设,从这里可以看到发达国家对无损检测技术的重视。

  利用拉曼光谱技术对样品进行无损分析,具有测试样品非接触性、非破坏性以外,还具有时间短、样品所需量小、样品无需制备等特点。在分析过程中不会对样品造成化学的、机械的、光化学和热的分解,是分析科学领域的研究热点,被广泛应用于医药、文物考古、宝石鉴定和法庭科学等方面,本文就近年来拉曼光谱无损分析技术的研究进展作一综述。

  2 、生物医学与中药材的无损分析

  细胞和组织是由蛋白质、核酸、糖、脂质、辅酶、维生素和许多其它基本成分组成的复杂结构的高分子化合物,而疾病都是细胞和组织的生物化学变化造成的。NIR-FT-Raman光谱可以对任何生物材料样品进行测定而不会改变样品的性状,许多学者应用这项技术研究动物组织和细胞用于医学诊断,取得了极大的成功。

  Schrader研究小组对人类肝脏的研究表明,当发病时人的肝脏的拉曼光谱显示很大地差别,脂肪肝或肝硬化可被识别,这可用于肝移植前肝脏状况的诊断。他们还研究表明肿瘤组织的拉曼光谱虽然不能明确证明肿瘤的存在和分类,但拉曼光谱有特有的变化,脑瘤患者胆固醇的拉曼光谱强度会减小,而核酸的拉曼光谱强度会增加。同种肿瘤不同患者的拉曼光谱十分相似,而不同肿瘤的拉曼光谱是不同的。女性乳房组织主要是由蛋白质和脂质构成,Schrader等对良性和恶性乳房组织的分析表明,它们的蛋白质的拉曼光谱有典型的差别。

  另外,Freis报道了血液细胞的拉曼光谱可被用于区分不同类型的白血病。Fendel和wessel等对良性和恶性皮肤组织的NIR-Raman光谱分析表明:皮肤损害程度不同拉曼光谱也不同,酰胺Ⅲ的拉曼谱表现了不同的胶原质类型,其它拉曼振动峰的相对强度决定了皮肤的脂质和含水量及DNA的结构基础,结合聚类分析法可较准确地判断良性和恶性皮肤的损害程度。这一研究的目的是利用拉曼光谱无损分析技术,可免除医学诊断上必需的活组织切片检查免除病人的痛苦。

  Schrader研究小组还用NIR-FT-Raman光谱对细菌和真菌进行了研究,结果表明拉曼光谱可用于活体微生物的几个特性的观察:孢子的形成、贮藏化合物的积聚及抗体的检出。

  孙素琴等则用拉曼光谱开展了对中药材无损分析的系统研究,他们将Raman光谱用于中药材的分类鉴别,药材的真伪鉴别和药材的道地性鉴别以及药材的热稳定性研究等。

  3、 文物考古的无损分析

  Raman光谱已成功地被用于文物和考古研究,在1997年Edwards收集出版了在艺术品、医药和考古中的拉曼光谱资料,这一工作有利于考古学家和历史学家对文物的鉴别研究。

  P.Vandenabeele用显微拉曼研究了26种天然有机粘合剂和颜料的光谱,将其作为指纹识别未知粘合剂和油漆的数据资料,该数据资料在对中世纪彩色稿本中的粘合剂和颜料的鉴别中得到了验证。Silvia Bruni用显微拉曼对十六世纪的波斯彩色稿本的颜料进行了测定,主要色素天青石、孔雀石、雌黄、朱红和四氧化铅被识别,实验数据证明中东时的微型画制作及所用颜料与同一时期西方艺术的公认做法有很大不同。左键等利用拉曼光谱对河南班村遗址出土的仰韶彩陶陶彩以及河北磁县湾漳东魏北齐大型壁画墓中的壁画颜料进行了无损分折,陶彩样品为红彩3块、白彩2块、黑彩3块,实验结果表明:红彩为赤铁矿,白彩为铝土矿,黑彩为磁铁矿,陶彩的颜色不仅取决于颜料的矿物成分,而且与颜料的颗粒尺寸有关。壁画颜料的测定表明:红色颜料为辰砂,黑色颜料为石墨类材料即碳黑,浅蓝色颜料为有杂质替代的方解石。Clark还收集了不同颜色的颜料的拉曼光谱用于旧绘画和手稿的描述、修复、保存及年代的测定。

  Edwards对古代遗物中的彩色树脂进行了光谱识别研究。Alessandra Perardi用显微拉曼对绘画材料进行了实时实地的鉴定研究。Francesca Magistro利用共焦显微拉曼研究了中世纪三份彩色稿本,它们虽然来自不同地理环境且属不同历史时期(十九世纪、十三世纪和十二世纪),但光谱分析表明它们同属希腊文化。

 

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