1 北京警察学院, 北京 102202
2 公安部禁毒情报技术中心, 毒品监测管控与禁毒关键技术公安部重点实验室, 北京 100193
3 烟台市公安局长岛海洋生态文明经济分局, 山东 烟台 265800
随着新精神活性物质在全世界范围内的蔓延, 在查缉现场对疑似新精神活性物质样品进行快速定性分析是一线缉毒工作人员的迫切需求。 卡西酮类物质属于卡西酮的衍生物, 是新精神活性物质中的第二大类别。 采用便携式拉曼光谱仪分析了70种卡西酮类化合物的拉曼光谱图, 系统总结了卡西酮类物质的拉曼光谱特征, 这些特征将有助于对未知卡西酮类物质的识别。 所有卡西酮类化合物在(1 597±19)和(1 676±16) cm-1处均存在由于苯环CC键和CO键伸缩振动产生的高强度拉曼峰, 该特征可用于卡西酮类物质的识别。 苯环上单取代和1,3-二取代卡西酮类化合物在992~1 000 cm-1处存在由苯环上C—H面内变形振动引起的最强拉曼峰。 3,4-亚甲二氧基取代卡西酮类化合物在(712±9)、 (809±5)、 (1 250±16)、 (1 355±9)、 (1 444±12)、 (1 597±19)和(1 676±16) cm-1有高强度拉曼峰, 且(1 597±19) cm-1位置的峰为肩峰。 通过对70种卡西酮类化合物的拉曼光谱逐一相互比对, 考察了拉曼光谱对于各种位置异构体和结构类似物的区分度。 结果表明, 拉曼光谱对绝大多数卡西酮类物质具有较高的区分度, 特别是对苯环上甲基、 卤素、 甲氧基不同位置取代的位置异构体区分显著, 这也是拉曼光谱对比于气质联用法和液质联用法的显著优势。 拉曼光谱对于部分烷基取代基不同的结构类似物区分度较弱, 但通过特征峰也能实现区分。 采用拉曼光谱法对实际案件缴获样品进行了分析, 除部分样品存在荧光干扰无法识别外, 其他样品的拉曼分析结果与气质联用法分析结果高度一致, 证明了方法的可靠性和适用性。 便携式拉曼光谱仪具有操作简单、 测样速度快、 可进行非接触式测样等优点, 可用于新精神活性物质现场快速筛查分析。
便携式拉曼光谱仪 新精神活性物质 卡西酮类物质 位置异构体 结构类似物 定性 筛查分析 Portable Raman spectrometer New psychoactive substances Synthetic cathinones Regioisomer Structural analogue Qualitative analysis Screening 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1821
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
自发拉曼光谱检测具有宽光谱高分辨但信号较弱的特点，因此杂散光的影响不可忽视。针对自行设计的单细胞拉曼光谱仪光栅转动下系统杂散光产生的机理进行了研究，给出了杂散光抑制方法，特别是多重结构下消除杂散光光学陷阱的设计方法，通过TracePro软件仿真验证了其杂散光抑制的有效性，分析结果显示，杂散光抑制后不同波长处杂散辐射比降低了12%~47%，细胞拉曼光谱仪整体杂散光水平低于10-6，经杂散光抑制后的光谱仪更加有利于微弱光信号的探测。
光谱学 单细胞拉曼光谱仪 光学陷阱 TracePro 杂散光抑制 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1923003
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性，将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪，将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长（532nm和785nm）激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件，从而最大程度的增加了光谱测量范围，同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长，分辨率为5cm-1、光谱范围达到80~4200cm-1；对于785nm的激发波长，分辨率为3cm-1、光谱范围达到200~2300cm-1。
双激发波长 双光路光谱仪 拉曼光谱仪 集成设计 光谱仪光路设计 dual excitation wavelength dual optical path spectrometer raman spectrometer integration design spectrometer light path design
1 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 201306
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
山药是一种富含多种物质的中药材，确保山药的安全使用具有重要的意义。使用Gaussview/Gaussian09w软件对农药倍硫磷、三唑磷和福美双进行理论计算，结合农药标准溶液的表面增强拉曼光谱（SERS），确定了三种农药的拉曼特征峰。利用自组装共聚焦显微拉曼光谱仪，以金纳米溶胶作为SERS的增强基底，对中药材山药中倍硫磷、三唑磷、福美双农药残留进行了研究。实验优化了待测农药、盐酸、金溶胶粒子体积配比。实验结果表明：倍硫磷农药的拉曼谱峰带在717，1050，1221 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，且在5~15 mg?L-1范围内的拉曼峰强度与倍硫磷浓度的线性度（R）为0.9762；三唑磷的拉曼谱峰带在611，978，1001，1321，1408，1597 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，在5~9 mg?L-1范围内的R为0.9087；福美双的拉曼谱峰带在556，865，1146，1506 cm-1附近，最低检测限达到0.1 mg?L-1，且在0~20 mg?L-1范围内的R为0.9905。以金纳米溶胶作为SERS增强基底的拉曼光谱检测技术有望实现对中药中农药残留的现场快速检测。
成像系统 表面增强拉曼光谱 拉曼特征峰 金纳米粒子 农药残留 拉曼光谱仪 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0417001
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
针对有限像元数目的不同型号CCD, 设计出同时具有低波数、高分辨率和宽光谱特点的光谱仪, 对于提高拉曼光谱仪光学性能和满足集成化需求具有重要意义。针对2048像元数的CCD, 基于消彗差Czerny-Turner M型光路结构, 同时引入柱面透镜改善弧矢方向的像差, 成功设计了一款激发波长为532nm, 光谱范围为10~2500cm-1, 分辨率为3cm-1的低波数高分辨率拉曼光谱仪;成像系统点列图、RMS(均方根)半径和调制传递函数(MTF)曲线值均有效证明了其光学性能完全满足设计要求;以此光路结构为基础, 将CCD替换为另一种型号的1024像元数CCD, 通过选用分光能力更强的光栅, 并优化光栅角度, 微调聚焦镜和像面位置参数, 最终使该拉曼光谱仪光谱范围达到10~1800cm-1, 分辨率提高到1.8cm-1。这两套光路均最大程度的利用了CCD的有限像元数, 有效实现了高分辨率与宽光谱。同时两套光路的光学元件位置变化较小, 有效保证了多型号CCD的光谱仪光机集成化设计要求。本文的工作不仅保证了光谱仪光机系统的集成化要求, 同时满足系统低波数、高分辨率和宽光谱的设计要求, 具有重要的实用价值。
光谱学 拉曼光谱仪 低波数 高分辨率 宽光谱 光学设计 spectroscopy Raman spectrometer low wavenumber high-resolution broad-spectrum optical design
浙江警察学院, 浙江省毒品防控技术研究重点实验室, 浙江 杭州 310053
建立了一种使用显微拉曼成像光谱仪检验发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物的方法。 取警用仿9×19巴拉贝鲁姆手枪弹发射药颗粒和“QSZ92式”9毫米手枪发射药燃烧后的产物, 同时提取射击者手部射击残留物、 枪管内射击残留物和目标靶物上射击残留物。 使用显微拉曼成像光谱仪对采集的发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物样本进行拉曼检测。 实验中发现检测上述样品宜采用455 nm波长激光, 此波段激光可有效避开荧光的干扰; 激光强度选择6.0 mW, 该能量下拉曼强度可达到最大, 与其他杂峰有较好的区分; 同时观察物镜选择50倍条件, 该倍数条件下, 可看到待测样本的微观形态特征, 也可以最大程度的吸收拉曼信号。 采用以上参数, 待测样本获得的拉曼信号效果最好。 拉曼光谱的检测谱图结果证明发射火药、 火药燃烧后成分和其他部位提取的射击残留物主要成分基本一致, 这些成分主要来源于待测样品中的有机成分部分。 火药燃烧后成分和其他部位提取射击残留物的某些部分拉曼强度相对于发射火药有所下降和变化, 实验中荧光现象有所加强, 证明了射击后某些特定的成分会发生变化。 50倍物镜条件下, 微观形态可比性强, 发现待测物表面存在表面黑亮、 塌陷空洞和裂缝等特点, 这些特点可视为不同类型待测样品的典型微观形态特征, 也可作为判定射击残留物的有力证据。 该方法可利用拉曼光谱对发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物进行无损检验, 符合当下光谱检验和法庭科学对此类样品的检验要求。 同时方法的灵敏度高, 分析速度快, 操作简便。
显微拉曼光谱仪 射击残留物 拉曼光谱 微观形态特征 Microscopic Raman spectrometer Shooting residue Raman spectrum Microscopic features 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3142
1 上海海关动植物与食品检验检疫技术中心, 上海 200135
2 上海大学生命科学学院, 上海 200444
3 上海如海光电科技有限公司, 上海 201201
4 中国检验检疫科学研究院, 北京 100176
随着食品全球产业链的整合和大众生活水平提高, 进口植物油在日常饮食中占比逐步增加, 具有丰富营养价值的橄榄油在植物油产品中备受关注。 在进口散装橄榄油的跨境运输和通关过程中, 由于环境、 温度和时间等因素的影响, 分仓储运的橄榄油中不饱和脂肪酸可能发生氧化, 以及初榨橄榄油中果肉碎渣沉淀在多次换仓时进行累积, 导致橄榄油不同分仓和同一仓位不同位置的植物油品质出现较大差异, 给橄榄油口岸现场的抽样监管和质量评价带来较大困扰。 针对散装橄榄油现场快速品质评价的需求, 在偏最小二乘法的基础上, 将拉曼响应强度转换为向量空间角度值, 建立橄榄油品质指标分析预测模型, 针对不同抽样点样本进行橄榄油品质的快速现场预判, 确保散装橄榄油在进出口环节的精准监管。 首先采用传统方法分别测定经过220, 240和260 ℃温度下, 加热不同时长的橄榄油的酸价、 过氧化值和亚麻酸的实测值, 同时采用便携式拉曼光谱仪检测对应油样的拉曼光谱, 通过平滑滤波求导等手段对光谱数据进行预处理, 采用偏最小二乘法及角度度量法, 对橄榄油的酸价、 过氧化值、 亚麻酸三种指标进行建模分析, 两种方法建立的指标模型相关系数均达到0.99以上, 其中角度度量法的相对误差范围不超过-5.43%。 在进口散装橄榄油中随机抽取七个不同的样品进行验证, 角度度量法建立的三种模型预测结果均方根误差分别为0.025 8, 0.222 8和17.064 1, 相对误差范围在-4.71%~5.98%之间, 结果显示角度度量法建立的模型更准确, 具有更好的预测性及稳定性。 该方法可应用于进口散装橄榄油品质的现场快速品质鉴别, 提升口岸现场监管环节质量评价的精准性, 为进出口散装橄榄油质量综合评价提供技术保障。
便携式拉曼 现场无损检测 橄榄油 品质指标 Portable Raman spectrometer On-site non-destructive testing Olive oil Quality index 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2789
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130031
2 中国科学院大学，北京 100049
3 长光辰英生物科学仪器有限公司，吉林 长春 130031
为解决传统拉曼光谱信号强度弱、信噪比低的问题，本文提出一种新型的共聚焦拉曼系统，通过外接光子晶体光纤实现共聚焦点的绝对共轭，总结了光子晶体光纤耦合过程中出现的技术问题，并对实际样品进行测试。与Thorlabs、OZ两种常规共聚焦拉曼系统所用光纤、Witec 532 nm-alpha300R拉曼系统进行比较，在相同激光强度和积分时间下，本文信噪比为73.8382，显著高于Thorlabs、OZ两种光纤的37.1557和40.0342，而相较于Witec 532 nm-alpha300R的65.5312，也提升了12.68%，高质量的拉曼信号使得该绝对共轭共聚焦拉曼系统具有广阔的市场前景和超高的市场竞争力。
拉曼光谱 绝对共轭 光子晶体光纤 信噪比 Raman spectrometer absolute conjugation photonic crystal fiber SNR
1 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
2 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
短波紫外拉曼光谱仪具有拉曼散射强度高、荧光噪声和背景光噪声低等优点。为了实现短波紫外拉曼光谱仪的小型化并扩展其应用领域,开展了全固态266 nm激光拉曼光谱仪关键技术的研究。为了有效减小系统体积并提高系统的鲁棒性,采用激光二极管泵浦266 nm全固态激光器作为激发光源,设计了基于Littrow结构的固态光谱仪以获取短波紫外拉曼光谱信号。其中,准直/会聚物镜采用一片离轴抛物面反射镜,衍射元件采用高刻线密度的平面反射光栅,配合50 μm宽度的入射狭缝,在269~293.5 nm波段内光谱的分辨率优于0.07 nm,满足10 cm -1的拉曼光谱分辨率要求。构建了完整的拉曼光谱系统,实现了质量分数为99.8%的乙醇的拉曼特征峰的测试,验证了系统的可行性与合理性。
光谱学 拉曼光谱仪 短波紫外 Littrow结构 高分辨率 光学学报
2021, 41(15): 1530002
“挂羊头卖狗肉”在实际生活中时有发生。如何现场快速智能化辨别出肉的种类, 面临着挑战。本研究论文, 选用便携式拉曼光谱仪, 采用大小均一的金纳米颗粒自组装膜作为信号放大剂, 利用表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术高灵敏, 快速, 指纹识别等特性和优势, 结合智能算法中的主成分分析(principal component analysis, PCA)和支持向量机(support vector machine, SVM), 从而快速准确识别出鸡、牛、羊及猪等肉的种类。该方法为食品安全的快速现场检测提供了一条思路和方法。
表面增强拉曼光谱 肉类 便携式拉曼光谱仪 智能识别 surface enhanced Raman spectroscopy meat portable Raman spectrometer intelligent identification
