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 国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室, 北京 100102
2 四川省林业和草原调查规划院, 四川 成都 610500
3 国家林业和草原局管理干部学院, 北京 102600
薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用, 是竹材中重要的力学承载单元之一。 采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察, 透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构, 且单层厚度在0.2～0.3 μm。 在此基础上利用532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像技术原位状态下研究竹材薄壁细胞壁中木质素、 纤维素区域化学, 通过C—H伸缩振动（2 789～3 000 cm-1）特征峰峰高拉曼成像成功的区分出薄壁细胞复合胞间层以及次生壁, 由于空间分辨率限制无法对薄壁细胞次生壁亚层进行区分。 通过对薄壁细胞拉曼光谱380 cm-1（吡喃环C—C—C对称弯曲振动）和1 600 cm-1（木质素苯环伸缩振动）特征峰成像发现其次生壁中纤维素具有明显的区域选择性, 而木质素具有明显的区域选择性, 主要汇聚于复合胞间层及次生壁内层。 与木质素共轭相联的松柏醛/芥子醛, 以酯键和醚键与木质素和半纤维素相联的对羟基肉桂酸类与木质素分布规律类似。 采用偏振光拉曼成像阐明纤维素微纤丝在薄壁细胞与纤维细胞各亚层中的空间取向差异, 拉曼强度比值表明相对于纤维细胞宽层, 纤维细胞窄层及薄壁细胞次生壁中纤维素分子更加趋近垂直于细胞轴向, 也即是大的微纤丝角。 研究结果加深了对毛竹薄壁细胞结构、 细胞壁区域化学及分子取向特性的理解, 能够为高效精准利用竹材提供重要的理论指导。
毛竹 薄壁细胞 微纤丝空间取向 组分分布 共聚焦显微拉曼光谱 Moso bamboo Parenchyma Cellulose microfibrils orientation Compositional distribution Confocal Raman microscopy 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2957
中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳 621999
微机电系统 (MEMS)封装残余应力是在封装工艺过程中芯片上产生的残余应力，它对于 MEMS器件的热稳定性和长期贮存稳定性有着十分重大的影响，故而对 MEMS封装残余应力的高精确度测量有利于封装应力的研究 。由于封装残余应力十分微小，因此无法利用目前的测量手段直接测量封装应力，本文针对这个问题提出了一种基于应力放大结构和拉曼光谱法的封装应力测量方法，可以测量出 MEMS器件中封装应力的平均水平。基于理论 分析建立了原始封装模型与应力放大结构之间的放大关系，并提出应力放大结构的设计原则。接着采用 3D有限元(FEM)仿真对一款高精确度 MEMS微加速度计的封装应力测量进行了分析，其结果与理论分析具有很高吻合度。 最后，针对该微加速度计的封装应力测量，成功制作了应力放大结构的芯片样片，并进行封装，随后拉曼光谱法被用于测量样片中的最大应力，进而计算出待测微加速度计中平均封装应力大小。实验结果与仿真分析具有很 好的吻合度，证明本文所提出的测量方法具有相当的可靠性。
微机电系统 (MEMS) 封装残余应力 应力测量 显微拉曼光谱 在片应力放大结构 Micro-Electro-Mechanical System package residual stress stress measurement micro-Raman spectroscopy stress magnifying structure 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(3): 531
1 农业农村部冷冻调理水产品加工重点实验室, 福建安井食品股份有限公司, 福建 厦门 361022
2 广东海洋大学食品科技学院, 广东省水产品加工与安全重点实验室, 广东 湛江 524088
3 上海海洋大学食品学院, 上海水产品加工贮藏工程技术研究中心, 上海 201306
为深入研究卡拉胶寡糖对反复冻融南美白对虾样品品质与蛋白变化影响, 采用傅里叶变换中红外(Fourier transform infrared, FTIR)互补结合激光显微拉曼(micro Raman)光谱技术, 以不同预处理方式(无菌蒸馏水、 三聚磷酸盐溶液与卡拉胶寡糖溶液)下反复冻融南美白对虾肌原纤维蛋白为研究对象, 深入研究了卡拉胶寡糖预处理对不同冻融阶段南美白对虾肌肉品质和蛋白的影响机制。 分别对三种预处理方式下经0, 2, 4和6次冻融循环后的南美白对虾肌原纤维蛋白进行FTIR和拉曼光谱分析。 FTIR和拉曼一阶谱图中各特征峰强度变化谱图可得出, 随冻融次数增加, 南美白对虾肌肉的蛋白损失和结构破坏明显加剧。 样品肌肉蛋白二级结构的主链构象主要由酰胺Ⅰ带(1 600~1 700 cm-1)表征, FTIR分析显示新鲜虾肉蛋白二级结构以β-转角为主, 其次为β-折叠, 其弥补了拉曼光谱对β-折叠和β-转角的不敏感。 FTIR与拉曼光谱酰胺Ⅰ带高斯拟合后谱图可定性定量显示冻融过程中样品的蛋白二级结构变化主要是α-螺旋结构的减少与无规卷曲结构的增加, 而卡拉胶寡糖预处理能明显抑制冻融过程中α-螺旋结构的损失。 FTIR对蛋白表面氨基酸变化不敏感, 拉曼光谱则可互补显示样品蛋白侧链的构象变化。 其表征酪氨酸残基的谱带出现在850和830 cm-1, 峰强比表征了样品中酪氨酸的暴露程度在冻融期间呈增长趋势; 脂肪族侧链氨基酸残基的C—H弯曲与伸缩振动分别在1 440~1 465和2 800~3 100 cm-1区间, 1 448和2 935 cm-1处峰强变化表征了样品侧链氨基酸的疏水相互作用在冻融过程中逐渐增强。 拉曼光谱中蛋白侧链的特征谱带变化表明冻融过程使虾肉蛋白中分子内、 分子间氢键断裂和侧链酪氨酸、 脂肪族氨基酸残基暴露, 而卡拉胶寡糖处理后明显延缓了该变化。 因此, 卡拉胶寡糖可延缓反复冻融虾肉蛋白中氢键断裂、 侧链疏水基暴露, 进一步稳定蛋白二级结构, 维持其蛋白功能特性, 从而起到对反复冻融南美白对虾肌肉品质的保护作用。 同时, 本研究将FTIR与拉曼光谱技术结合应用在卡拉胶寡糖对冻融南美白对虾肌肉品质保护机制研究上, 发现FTIR在南美白对虾蛋白二级结构的表征上更敏感, 拉曼光谱则能为样品蛋白侧链构象变化提供参考, 二者结合可通过提供互补信息, 更好表征样品经处理后蛋白的结构变化。
傅里叶变换中红外 激光显微拉曼光谱 南美白对虾 蛋白结构 Fourier transfor infrared absorption spectroscopy( Micro-Raman spectroscopy Litopenaeus Vannamei Protein structure 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2507
1 四川大学物理科学与技术学院, 成都 610064
2 四川大学中英联合材料研究所, 成都 610064
四川绵阳雪宝顶绿柱石由于其独特的透明扁平状结构而备受关注, 目前其扁平状形成原因还存在分歧。本文应用显微振动光谱及成像, 结合化学定量检测, 对雪宝顶绿柱石进行了深入分析。显微红外成像表明通道中除了水分子, 还存在铁合水离子和二氧化碳分子, 且在晶体中不均匀分布。Li元素替换Be元素会造成Be-O四面体和Al-O八面体结构畸变, 表现为晶格振动模式的拉曼峰位向高波数偏移。同时, 通道中水分子与Na结合, 使其极化率减小, 表现为伸缩振动模式的拉曼峰位向低波数偏移。本文研究为探究雪宝顶绿柱石扁平状成因提供了基础, 为研究单个水分子量子态提供了参考。
绿柱石 显微拉曼光谱 显微红外吸收光谱 单个水分子 beryl micro-Raman spectroscopy micro-IR spectroscopy single water molecule
北京林业大学材料科学与技术学院, 林木生物质北京市重点实验室, 北京 100083
稀酸预处理可打破木质纤维原料天然抗降解屏障, 提高后续酶解和发酵效率, 从而使其更高效地转化为生物燃料, 然而在亚细胞水平上纤维细胞壁的解构机理仍有待深入研究。 采用共聚焦显微拉曼光谱技术与主成分聚类分析法结合, 研究了稀酸预处理前后马尾松细胞壁区域化学变化特点。 结果表明, 累计贡献率高达94.61%的第一与第二主成分空间中光谱样本散点呈现规律性分布; 聚类分析可准确提取细胞壁不同形态区域平均拉曼光谱。 结合拉曼成像分析发现, 细胞角隅木质化程度高, 含有较多木质素, 次生壁木质化程度低, 含有较多碳水化合物。 稀酸预处理导致马尾松细胞壁发生了不均一解构, 其致密空间结构被破坏, 次生壁中碳水化合物典型特征峰2 890 cm-1处信号强度降低了26.9%, 表明碳水化合物从该区域大量脱除; 碳水化合物在复合胞间层少量脱除, 而细胞角隅则出现了其轻微富集。 木素在稀酸预处理后发生了重新分布, 细胞角隅区拉曼信号显著增强。 碳水化合物(主要为半纤维素)的溶出及木质素的重新分布削弱了生物质原料的抗降解性, 有利于后续酶解糖化。 该研究不仅提供了一种快速、 高效的纤维细胞壁区域化学分析方法, 还为林木生物质高值转化的研究奠定了重要的理论基础。
马尾松 稀酸预处理 共聚焦显微拉曼光谱 主成分分析 聚类分析 Pinus Massoniana Dilute acid pretreatment Confocal Raman microscopy Principal component analysis Cluster analysis 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2136
国际竹藤中心, 竹藤科学与技术重点实验室, 北京 100102
整合共聚焦显微荧光和拉曼光谱成像技术系统研究了黄藤藤茎组织中不同类型细胞以及同一细胞不同形态区域的木质素区域化学特点。 共聚焦荧光成像表明黄藤藤茎组织中木质素主要汇聚于初生木质部导管、 次生木质部导管、 维管束间的薄壁组织细胞以及纤维细胞角隅区。 基于荧光光谱差异的光谱成像线性拆分结果显示纤维细胞次生壁由宽、 窄层交替的同心层状结构组成, 且窄层具有更高的木质化程度。 比较黄藤、 毛竹、 芒草、 毛白杨和虎皮松拉曼光谱发现黄藤材细胞壁拉曼光谱与阔叶木毛白杨类似, 证实了黄藤材的化学组成更加趋近于阔叶木毛白杨。 对拉曼光谱中木质素特征峰成像进一步揭示出纤维细胞中木质素不均一的分布规律: 其中细胞角隅胞间层和复合胞间层的拉曼信号强度最高, 表明较高的木质化程度, 其次是次生壁中的窄层, 而次生壁宽层中拉曼特征峰强度最低, 这一分布规律与竹材纤维细胞中木质素分布规律类似。 宽、 窄层中木质素不仅存在浓度上的差异, 而且木质素基本结构单元的比例亦不同。 采取光谱去卷积的方法排除了碳水化合物的影响, 发现窄层中愈创木基(G型)木质素与紫丁香基木质素(S型)比例为0.19, 而在宽层中这一比值为0.14, 这一结果亦解释了宽、 窄层荧光光谱间的差异。 该研究结果对探索黄藤细胞壁生物合成及力学响应机制研究具有重要理论指导意义。
木质素 微区分布 共聚焦显微荧光成像 共聚焦显微拉曼光谱成像 Lignin Micro-distribution Fluorescence confocal laser scanning microscopy Confocal Raman microscopy 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3138
1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学农学院茶学系, 浙江 杭州 310058
3 浙江大学港口、 海岸及近海工程研究所, 浙江 杭州 310058
采用共聚焦显微拉曼光谱对毛竹薄壁细胞、 薄壁纤维过渡细胞和纤维细胞进行研究。 通过构建偏最小二乘(PLS)定量区分模型来对这三种细胞中的差异进行分析, 结果表明, 该区分模型的建模和交互验证决定系数(R2)分别为0.810和0.800, 均方根误差(RMSE)分别为0.323和0.332。 根据这一模型的回归系数, 发现三种细胞的区别主要体现在1 095, 1 319和1 636 cm-1三个波数, 这三个波数分别为纤维素、 半纤维素和木质素的指纹特征峰。 以这三个波数为自变量建立多元线性回归(MLR)模型, 该回归模型的建模和交互验证决定系数(R2)分别为0.644和0.643, 均方根误差(RMSE)分别为0.442和0.443, 表明三种细胞在这三个波数处存在明显的差异。 对小波变换基线消除后的拉曼光谱信号进行化学成像分析, 结果显示, 纤维素微纤维与纤维轴成一个很大的角度, 这一结构有利于提高细胞的弹性模量和硬度。 半纤维素和纤维素微纤维通过氢键相连, 并在范德华力的作用下紧密地结合在一起, 因此在拉曼化学成像中可以看到半纤维素和纤维素有相似的分布规律。 三种细胞的细胞角和胞间层都高度的木质化, 从细胞壁外层到内层木质化程度逐渐降低, 表明细胞壁的木质化从细胞角和胞间层开始, 且木质化程度并不完全。
毛竹 纤维细胞 薄壁细胞 共聚焦显微拉曼光谱 小波变换 Bamboo Fibre cell Parenchyma cell Confocal Raman microscopy Wavelet Transform
北京林业大学材料科学与技术学院, 北京100083
共聚焦拉曼显微光谱技术可有效用于木质纤维生物质细胞壁的区域化学研究。 利用该技术探索稀酸预处理过程中奇岗纤维细胞壁木质素和羟基肉桂酸的区域化学变化规律。 研究发现预处理前木质素在细胞壁各区域的浓度不同, 木质素浓度较高的区域羟基肉桂酸的浓度也较高。 稀酸预处理后1 600 cm-1(木质素)和1 170 cm-1(羟基肉桂酸)的峰值强度降低, 表明二者被部分溶出, 且溶出率为次生壁>复合胞间层>角隅胞间层。 预处理过程中次生壁和复合胞间层的特征峰强度比值(I1 170/I1 600)呈现上升趋势, 表明在这两个形态区域中木质素比羟基肉桂酸更易溶出; 而在角隅胞间层没有明显变化, 表明该形态区域对二者的溶出没有倾向性。 通过本研究可以更加深入了解稀酸预处理中化学组分在亚细胞水平的变化规律, 同时也进一步拓展了拉曼光谱技术在植物细胞壁研究领域的应用。
奇岗 稀酸预处理 木质素 羟基肉桂酸 共聚焦显微拉曼光谱 Miscanthus× giganteus Dilute acid pretreatment Lignin Hydroxycinnamic acid Confocal Raman microspectroscopy 光谱学与光谱分析
2015, 35(9): 2553
武汉大学 化学与分子科学学院 生物医学分析化学教育部重点实验室, 武汉 430072
微生物的分类与鉴定是其有效利用的基础.显微拉曼光谱技术具有空间分辨率和灵敏度高、免培养、无损、快速分析等优点,在微生物鉴别领域占据越来越重要的位置.本文详细介绍了该技术在细菌(包括极端微生物)的鉴定与分类及生理学等研究领域的进展.
显微拉曼光谱 细菌 鉴定 分类 化学计量学 micro-Raman bacteria identification classification chemometrics
