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1、拉曼光谱,汇报人：戴吟臻 学号：19920191152906,1,2,3,5,拉曼光谱的产生与基本原理,拉曼光谱仪的组成,拉曼光谱技术的发展现状,拉曼光谱在生物医学中的应用,目 录 Contents,4,拉曼光谱分析方法概述,一、拉曼光谱的产生与基本原理,1、拉曼光谱的产生,1928年,印度物理学家拉曼（C.V. Raman）研究苯的时候发现，当光照射到某些物质上后,其散射光除了有与入射光频率相同的谱线外，还有与入射光频率发生位移且强度极弱的谱线。,2、拉曼光谱的基本原理,瑞利散射：与入射光频率相同的散射， 强度约为入射光的10-3倍拉曼散射：与入射光频率不同的散射， 强度约为入射光的10-6
2、10-8倍,2、拉曼光谱的基本原理,瑞利散射,斯托克斯线,反斯托克斯线,斯托克斯线：散射光频率小于入射光频率反斯托克斯线：散射光频率大于入射光频率,频率之差,为拉曼位移,2、拉曼光谱的基本原理,拉曼位移与入射光的频率无关，只与物质分子的振动和转动能级有关，不同物质分子具有不同的振动和转动能级，有特定的拉曼位移，因此拉曼可以用来鉴定物质结构的分析和研究,3、拉曼光谱的特征量,斯托克斯强度较反斯托克斯强，多以其为信号光，定量分析等,激光与分子作用，散射光的偏振方向发生变化，提供分子内部结构及对称性信息,激光拉曼光谱仪在性能方面日臻完善,如:美国Spex公司和英国Reinshaw公司相继推出了拉曼探
3、针共焦激光拉曼光谱仪,可以过滤掉反射激光及瑞利散射光；可以进行类似生物切片的激光拉曼扫描,从而得出样品在不同深度时的拉曼光谱。,19世纪80年代以来,60年代激光光源的问世, 光电讯号转换器件的发展给拉曼光谱带来转机。相继推出了许多激光拉曼光谱仪,此时拉曼光谱的应用领域不断拓宽。70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注入活力。,19世纪60年代,19世纪30年代,30年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段,此时拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源,物质产生的拉曼散射谱线极其微弱, 应用受到限制,尤其是红外光谱的出现,使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。,4、拉曼光谱的发展历史,二、拉曼光谱
4、仪的 组成,二、拉曼光谱仪的组成,光源,外光路系统,样品池,接收系统,计算机,光源,提供单色性好、功率大并且最好能多 波长工作的入射光,激光单色性好、方向性强、光强 大，成为拉曼光谱仪的主要光源 多用连续式气体激光器，如He-Ne激 光 器，Ar 、Kr离子激光器等,激光光源发源具有足够的输出功 率和稳定性,二、拉曼光谱仪的组成,光源,外光路系统,样品池,接收系统,计算机,外光路系统,外光路部分包括聚光、集光、样品架、滤 光和偏振等部件,聚光：在激光器之后，用一块或二块 会聚透镜，使激光整流准确地聚集在 样品上，照射到样品上的功率提高约 一千倍,外光路系统,集光：常用透镜组或反射凹面镜作散 射
5、光的收集镜。通常是由相对孔径数 值在1左右的透镜组成。,滤光：抑制杂散光以提高拉曼散射的信 噪比，常用前置单色器或干涉滤光片。可 以滤去不需要的瑞利线的一大部分能量， 提高拉曼散射相对强度。,偏振：在光谱仪入射狭缝前加入检偏器， 可以改变进入光谱仪的散射光的偏振；在 检偏器后设置偏振扰乱器，可以消除光谱 仪的退偏干扰。,二、拉曼光谱仪的组成,光源,外光路系统,样品池,接收系统,计算机,接收系统、计算机,接收系统：拉曼散射信号的接收类型分 单通道和多通道接收两种。光电倍增管 接收就是单通道接收、CCD（可全谱分析）,计算机：对拉曼光谱信号进行分析 处理,三、拉曼光谱技术 的发展现状,1、傅里叶变
6、换拉曼光谱技术,探测器（干涉图）,傅立叶变换拉曼光谱技术,表面增强拉曼光谱技术,2、表面增强拉曼光谱技术,激光共振拉曼光谱技术,3、激光共振拉曼光谱技术,共焦显微拉曼光谱技术,4、共焦显微拉曼光谱技术,1.使用的激光光源性质使其相当 容易分析微量样品2.可以对水溶液直接进行测量 （水的拉曼光谱很弱）3.光谱的测量范围宽，通常为 400040cm-14.利用共振拉曼和表面增强拉曼 可以提高光谱的灵敏度和选择性，信号信噪比大大提高，已应用于生物、药物等中痕量物质的检测,不足之处,优越性,5、拉曼光谱技术的优缺点,1.激光照射样品产生的热效应可 使相当数量的有机化合物和生 物样品发生热分解作用被破坏
7、2.拉曼散射光较弱，荧光产生的 强背景会造成影响3.没有背景测量的绝对强度，易 受外界干扰4.目前拉曼的标准谱图库还远没 红外光谱库丰富,四、拉曼光谱分析 方法概述,光谱预处理,光谱特征识别,光谱特征提取,四、拉曼光谱分析方法概述,1、拉曼光谱预处理,去基线，平滑，导数、最大值滤波（排除固定模式噪声），归一化（排除光强、曝光时间等因素的影响）,2、拉曼光谱特征提取,微分：提高分辨率和灵敏度，增强特征峰主成分分析：对数据进行降维，将数据变换到一个新坐标系统中，使得转换后的新变量互不相关，消除了信息中重叠的部分。得到相应的载荷向量和得分向量。载荷向量即对应于混合物体系光谱中抽提出来的“纯组分”归一
8、化光谱，得分向量理解为“纯组分”在不同样本中的权重，即浓度。高斯拟合：选取已知的特征峰附近一定范围内的光谱数据，将其各自拟合为高斯函数，记录高斯函数中心位置、最大值、半峰宽，作为后续分类的依据。独立成分分析：通过训练得到混合物体系中多个组分的光谱分量（对于有特征峰重叠的情况作用比较明显），并计算光谱在各自分量的投影得分，用于下一步定量/定性分析。,3、拉曼光谱特征识别（分类）,神经网络：,支持向量机,五、拉曼光谱在生物医学中的应用,三,药物成分和结构鉴定,二,研究人体有意摄入的（药物、探测物）和无意感染（病毒、污染物）物质与人体的相互作用,一,利用拉曼光谱进行体内和体外的的医学诊断,拉曼光谱在
9、生物医学中的应用,拉曼光谱在生物医学中的应用,拉曼光谱成为研究恶性肿瘤早期诊断、癌变机理研究的重要手段,拉曼手术刀,拉曼光谱研究DNA结构变化与浓度变化的关系、DNA的损伤等,傅里叶近红外拉曼光谱研究人血红细胞的结构,利用拉曼光谱分析进行经皮肤的非入侵式验血技术,利用拉曼光谱进行制药监测、药物成分分析等,拉曼光谱应用于肿瘤检测诊断,拉曼光谱应用于肿瘤检测诊断,拉曼光谱应用于肿瘤检测诊断,肺组织冰冻切片样品谱带归属表,拉曼手术刀,拉曼手术刀,拉曼手术刀,使用近红外区波长的的连续激光激发样品,不易产生干扰样品拉曼光谱的荧光,激励光通过光纤到达拉曼智能手术刀,三角共路型干涉光谱仪,拉曼手术刀,The End,谢谢！,
