【分享】拉曼光谱技术在各领域中的应用

2、在食品中的应用

3、在农牧上的应用

4、在高分子，制药，临床医学及其他

拉曼光谱用于石油产品质量的分析原理
石油产品包括汽油、柴油、喷气燃料、润滑油、齿轮油、液压油等产品, 它们主要由饱和链烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃以及各类添加剂调和而成。石油产品质量指标主要由其化学组成种类和含量决定, 同时其拉曼光谱由自身化学成分的官能团决定。据此可知,
石油产品质量指标与拉曼光谱之间存在一定关系, 可以利用该关系测定石油产品的质量指标, 这是拉曼光谱用于检测石油产品质量的理论依据。每一类官能团的分子振动种类不同, 拉曼位移不同, 其拉曼信号特征不同。各类石油产品化学组成和含量有明显的差异, 导致了其拉曼光谱不同, 可以利用拉曼信号的特征峰, 定性分析石油产品组成或种类。

拉曼信号与石油产品的化学组分浓度之间存在如下关系：




其中I为拉曼信号强度；K为拉曼散射截面积；φ为激光人射率；C为物质浓度。k0、k分别为入射光和散射光的吸收系数；z为入射光和散射光所通过的距离；h（z）为光学系统的传输函数；b为样品池的宽度。从式可以看出, 在给定条件下, 散射光的吸收强度与浓度成正比, 可以利用该关系确定石油产品化学组分含量。石油产品的质量指标与化学组分之间存在一定线性或非线性关系。因此, 利用不同的化学计量学方法线性关系采用偏最小二乘、非线性关系采用神经网络, 结合拉曼光谱信号, 测定石油产品的质量指标, 这是拉曼光谱定量分析石油产品质量指标的理论依据。

拉曼光谱技术在石油化工行业的应用
涉及的领域基本覆盖了石油化工各领域见表, 包括烃族组成分析、燃料质量指标检测、输油管线油品混油监控和油品在线调和。


烃类组成分析
采用傅立叶拉曼光谱定量测定混合燃料无铅汽油、超无铅汽油和柴油中各燃料组分含量。拉曼技术被成功用于测定醇类甲醇、正丙醇, 异丙醇、正丁醇、一丁醇、异丁醇、叔丁基醇、叔丁基苯甲醇各醇含量以及醚类混合物中各醚含量。
分析燃料芳烃含量。

汽油质量检测
采用拉曼光谱技术分析汽油辛烷值。测定乙醇燃料中乙醇含量 , 分析精度与色谱方法相当。测定重整汽油硫含量、烯烃、芳烃、苯含量、馏程、附加总空气污染物, 挥发有机碳和氮氧化物。测定汽油辛烷值。

柴油质量检测
分析石油公司的柴油样品的十六烷值和十六烷值指数, 分析柴油的十六烷值指数、密度、粘度、馏分和总硫含量, 测定生物柴油矿物柴油调和燃料中生物柴油含量。

航煤质量检测
分析航煤组成和微量组分。分析航空燃料的烃族组成和添加剂, 定量测定航煤闪点、初馏点、蒸发温度、终馏点、总芳烃含量和粘度

输油管线油品混油监控
燃料运输时, 通常采用混输方式, 可以节省输油管线。混输指同一管线可以输送不同种类、不同牌号的燃料。通常采用密度法和介电常数来判断输油管线是否混油。采用拉曼光谱技术来判断燃料种类。该技术利用不同燃料拉曼光谱特点进行判断。首先根据荧光干扰确定燃料类型。锅炉燃料荧光干扰最强、柴油居中、航煤最小。比较燃料的拉曼光谱与内置个标准化合物甲苯、间二甲苯、异辛烷、甲基环己烷和个反映荧光干扰级别的标准样品的差异, 确定输送油品种类和牌号。如果燃料与个标准样品拉曼光谱有近似特征峰, 则判断为汽油, 按照汽油方式进行牌号判断；反之则按照荧光判断是否为锅炉燃料、柴油和航煤。

油品在线调和
将拉曼光谱技术用于炼油厂在线汽油调和, 检测汽油辛烷值, 控制成品汽油调和, 优化汽油的生产, 创造了巨大的附加经济利益。也有学者将拉曼光谱技术控制芳烃甲苯和苯的生产。

摘自田高友文章

食品安全无疑是个综合概念，它在于食品来源、生产、制造至最后被人摄取的整个阶段中， 防止各种“ 食源性疾病”。从狭义上讲，以往的“食品卫生”仅是指食品干净。未被细菌污染，不使人致病；而食品安全是指食品及相关产品不存在对人体健康造成现实的或潜在的侵害的一种状态。与食品卫生相比，食品安全更加强调食品标签的真实、全面、准确。因此可以认为，食品安全的理念涵盖了食品卫生，但更全面、更科学、更合理。

在维护食品安全方面，仅凭老百姓个人的力量是无法禁绝有害食品的，即使是科学家也不可能单凭肉眼识别出，而是要靠专门的部门或利用专业手段来控制。因此，开发一些便捷方法对产地为小城市的食品来说是很有裨益的。而便捷有效的检测手段更有效地在老百姓中普及推广，对于编织全民禁绝有害食品（药品）的天罗地网也是不可或缺的。

目前主流的检测手段，基本可以分为色谱学、光谱学，以及生物学、化学检测等手段。尽管这些方法在准确性、简便性、快速性、经济性、是否提供结构（定性）信息等指标上各有千秋，但是单就便捷性而言，基于光谱的方法显然颇具优势。

在食品中“该存在的成分是否真的存在”这个“证实”的研究、应用领域，分子光谱法其实早就已经发挥了非常重要的作用。概括一下，这种“证实”研究具有如下特点：
a. 所含成分标示明确；
b. 所含成分的量通常比较高；
c. 通常有明确的测定方法或测定标准。
相反，在食品（药品）中“不该存在的成分是否真的不存在”这个“证伪”的研究、应用领域，它的特点与“证实”研究正好相反：
a. 不该存在但可能存在的有害化学成分、致病微生物或他种混合物体系是不明确的；
b. 它们存在的量通常比较低；
c. 通常没有明确的测定方法或测定标准。
很显然，“证伪”研究的难度要远远高于“证实”研究，这种难度对包括光谱法在内的其他主流检测手段都是如此。



在表所列的实例中，样品物态涉及固体、半固体、液体，几乎已涉及方方面面的食品、药品（包括西药、中药），所测定的影响食品（药品）安全的属性或物质也是五花八门。
按照对安全造成危害的性质大致又可分为故意掺杂（adulteration）、无意残留（residue）和其他物种混淆（counterfeit）三种情况。
a. 故意掺杂 故意掺杂是指在食（药）品中
故意地加入一些不能食（药）用的物质，以增加重量，掩饰某些质量劣点，或达到其它卑劣的目的。这种掺杂的物质通常是廉价的、次等的或已失去营养价值的成份，或是法律明确规定不能擅自添加的成分。最典型、恶劣的例子就是食用油中掺杂“回收油”、中药保健品中掺杂化学药品等等。
b. 无意残留 无意残留是指在食（药）品生产加工过程中使用或沾染未除净的物质，多指果蔬、中药材的农药残留、病原微生物残留等等。
c. 其他物种混淆 其它特种混淆这种情况多见于药品领域，如无效、价廉的他种药品冒充某种高效、昂贵的化学药品；有毒、无毒中药材的混用等等。

在这三种情况中，其他物种混淆的情况相对最简单，基本属于定性分析的范畴，红外、近红外、拉曼光谱等方法均已有应用。无意残留的情况也不甚复杂，因为一些可能的农药残留、病原微生物残留的物种范围相对比较有限，也即定性分析的难度不大，只是残留检测对方法的灵敏度有较高的要求，通常会选用红外、拉曼、荧光光谱法等而不太会选用灵敏度较低的近红外光谱法。故意掺杂的情况最复杂、最隐蔽，因为可能掺杂物质的物种范围非常广泛，性质也各异，突显了前文所述的“证伪”研究的三个难点。拉曼光谱有特征、灵敏的特点。此外，由于体系中存在的水分对体系的拉曼光谱影响不大，又具有较强的穿透包装能力，光谱采样、操作的便捷性相对更好，因此，理论上拉曼光谱法将可以更成功地应用于此类体系的分析

摘自：陆　峰*, 吴玉田, 柴逸峰文章

便携式的拉曼检测仪在应对上述情况中（如奶制品中三聚氰胺的掺杂；果蔬农药残留；保健品中的掺杂以及真伪辨别等）可以说是一种务实的选择，并且在实际应用中已经取得了很好的效果。该类仪器以拉曼散射原理为基础，仪器体积小、重量轻、便于携带；利用电池供电可以在室内外随意使用，并且不需要样品制备过程，可以即时的取得测定结果，这种方法保证了高准确度的同时，并且对操作人员的要求也不高。

谢谢楼主分享！

呵呵，这个好像是从我空间转过来的，下面的蓝色是我的评论，大家有兴趣可以去我哪里看看，都是一些关于传感光谱类的文章。http://hi.baidu.com/fibersensor

感谢楼主，正是我需要了解的资料

尤其是测定乳制品方面的