李星亮

拉曼光譜是一種可以通過定性分析，對氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)備判斷性質(zhì)屬性的一種技術(shù)。這種技術(shù)由于其特性，被廣泛應(yīng)用在證物鑒定方面，由于其在鑒定證物方面的簡單有效，加強(qiáng)對拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行深入研究十分必要。本文主要通過利用拉曼光譜原理對不同環(huán)境下的DNA、蛋白質(zhì)以及墨跡進(jìn)行研究分析，探究拉曼光譜技術(shù)的作用效果。

拉曼光譜簡述

光散射現(xiàn)象在自然界當(dāng)中經(jīng)常會(huì)見到，也就是一束光線在照射到介質(zhì)環(huán)境上時(shí)，絕大多數(shù)的光線會(huì)被介質(zhì)環(huán)境通過反射或者是透射的方式釋放出去。但是同樣還有一部分的光線會(huì)被散射到宇宙空間當(dāng)中。天空呈現(xiàn)出藍(lán)色的情況，早晚天空會(huì)有紅霞以及大海出現(xiàn)深藍(lán)色的場景，瑞利散射已經(jīng)詮釋了這些由于大氣、海洋對陽光造成的現(xiàn)象。當(dāng)然，散射現(xiàn)象并不只有這一種，同樣受到空氣中存在的不均勻的顆?；蛘呓橘|(zhì)引起的散射被稱為丁鐸爾散射。其與前者瑞利散射在頻率以及入射光頻率上基本相同。除此之外，德國的著名科學(xué)家Smeka 在其理論中成功的預(yù)言了光具有非彈性散射的理論。而印度的著名物理學(xué)家Raman則在其論文中提及了非彈性散射，而后又在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中成功證明了這種非彈性散射現(xiàn)象。Raman 將這種非彈性的散射現(xiàn)象稱為彈性碰撞和非彈性碰撞。在1928年的時(shí)候，Raman 首先在液態(tài)苯當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了非彈性散射。之后俄國科學(xué)家LARDSBERG 以及Mande 同樣在石英當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了這種光的散射現(xiàn)象。并將其命名為聯(lián)合散射光譜。法國科學(xué)家CAB 進(jìn)一步證實(shí)了Raman 的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Ps 并對Raman 的發(fā)現(xiàn)撰文加以論述，分析和研究了Raman 的發(fā)現(xiàn)，并稱這種現(xiàn)象為Raman 效應(yīng)。隨后有關(guān)于Raman 效應(yīng)的論文陸續(xù)發(fā)表。在之后的兩年時(shí)間當(dāng)中又陸續(xù)有近175 篇論文發(fā)表，內(nèi)容全部是關(guān)于Raman 效應(yīng)的。Raman 也因此得到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這也是亞洲獲得的首個(gè)諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。散射輻射光譜系統(tǒng)中，除了具有與入射光線頻率相同的散射光線之外，還存在更多的光線譜系。R 散射光線產(chǎn)生是因?yàn)榉治霭l(fā)生震動(dòng)引起的散射。這種發(fā)現(xiàn)同樣被稱為了拉曼線或者是拉曼帶。綜合起來，這種光譜就被成為了拉曼光譜。這是一種絕對波數(shù)小于入射波數(shù)的一種斯托克斯帶。相反則被稱為反斯托克斯帶。

拉曼散射理論中的量子理論分析

現(xiàn)在，假設(shè)單色光在作用于分析的過程中，頻率表示為V。那么單色光作用下的分析可能出現(xiàn)彈性碰撞或者是非彈性碰撞現(xiàn)象?；鶓B(tài)狀態(tài)的分子則會(huì)呈現(xiàn)出能量為加的情況。而入射情況下的光子激發(fā)并會(huì)躍遷至另外一個(gè)受激狀態(tài)。并將能量吸收。

拉曼光譜效應(yīng)主要特征

1）自然界當(dāng)中每一種物質(zhì)或者是分子都會(huì)具有屬于自己的拉曼光譜特性。這種拉曼光譜特性可以表示為該種物質(zhì)的表征。

2）一種物質(zhì)的拉曼光譜頻率特征與入射光頻率之間并沒有明顯的關(guān)聯(lián)，因?yàn)槔⑸鋵儆谒矔r(shí)的。當(dāng)入射光消失的時(shí)候，拉曼散射也會(huì)消失。

3）拉曼光譜本身的線寬會(huì)很窄，基本上出現(xiàn)的形式是雙數(shù)出現(xiàn)，也就是以正負(fù)頻率出現(xiàn)的。相對于入射光線較短的波長被稱為反斯托克斯線，較長的一邊則被稱為斯托克斯線。

4）拉曼光譜頻率位移發(fā)生時(shí)，其數(shù)值往往浮動(dòng)在0～400 個(gè)波束之間。

5）通常情況下，拉曼頻率位移應(yīng)當(dāng)屬于分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)部震動(dòng)或者是轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率。而有些時(shí)候，這種頻率位移則又與紅外吸收光譜之間產(chǎn)生位移上的重疊，前提是波束范圍相同。

圖1 拉曼光譜的散射能力圖

6）從拉曼光譜譜線強(qiáng)弱度以及偏振情況考慮，發(fā)現(xiàn)譜線之間存在著明顯不同的性質(zhì)。

7）量子論中的觀點(diǎn)認(rèn)為拉曼光譜效應(yīng)產(chǎn)生主要是因?yàn)楣庾优c分子之間發(fā)生了非彈性的碰撞，進(jìn)而形成的。物質(zhì)分子在做拉曼散射的過程中，同樣會(huì)有一些比拉曼散射更加強(qiáng)的瑞利散射伴隨發(fā)生。這種波長會(huì)與入射波長一樣。

8）拉曼散射主要存在于一切事物的分子當(dāng)中。

拉曼光譜實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)

1）如果實(shí)際工作過程中對測試樣品沒有選擇新要求，那么工作人員既可以選擇液體，固體，同時(shí)還可以選擇氣體。如果對樣品量沒有嚴(yán)格要求的話，這種技術(shù)就能夠適用于痕量以及微量的研究。這是其典型優(yōu)勢。

2）樣品無損分析的時(shí)候，無論是珍貴樣品還是稀有樣品都是適合包裹體測量的。

3）對于散射樣品通常是可以放在玻璃之城的樣品池中，這是因?yàn)樵谝姽鈪^(qū)域拉玻璃是不會(huì)吸收拉曼散射光的。

4）水溶液中的樣品可以直接測量，這是因?yàn)樗旧砭褪且环N拉曼散射很弱的物質(zhì)，在實(shí)際測量過程中幾乎可以不用考慮水分子振動(dòng)對樣品產(chǎn)生的影響。

拉曼光譜的應(yīng)用

DNA 研究中拉曼光譜的應(yīng)用

DNA 在生物遺傳信息中起載體作用，為生物遺傳提供物質(zhì)方面的基礎(chǔ)。DNA 分子的組成：堿基、磷酸和脫氧核糖核。其中堿基又包括以下幾種嘌呤和嘧啶：鳥嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。目前公認(rèn)的DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)空間構(gòu)型主要包括A、B、C 等。在研究DNA 損傷的影響因素時(shí)，需要對紫外線、藥物、溫度、γ 射線和高能質(zhì)子等因素影響下的DNA 進(jìn)行分子水平上的研究。隨著細(xì)胞研究工作的逐漸滲入，許多專家學(xué)者開始重視DNA拉曼光譜的研究。在DNA 損傷影響因素研究過程中，通過對作用前后的DNA 拉曼光譜分析比較，可獲得DNA如下信息：①整個(gè)DNA 骨架震動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)信息；②A、C、G、T、脫氧核糖信息；③空間構(gòu)型變化信息。

拉曼光譜在蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)會(huì)不斷同外界進(jìn)行新陳代謝，它是生命物質(zhì)的基礎(chǔ)。氨基酸首尾相連形成共價(jià)多肽鏈，這些共價(jià)多肽鏈直接構(gòu)成蛋白質(zhì)分子。對蛋白質(zhì)進(jìn)行拉曼光譜研究，可得到如下寶貴信息：①蛋白質(zhì)相關(guān)芳香族基團(tuán)組成氨基酸信息，包括色氨酸吲哚、苯丙氨酸單基取代苯基環(huán)及酪氨酸對羥基環(huán)等信息；②色氨酸吲哚及酪氨酸對羥基環(huán)存在形式隨微環(huán)境變化的相關(guān)信息；③β-折迭、α-螺旋、β-回折和無規(guī)則卷曲等二級結(jié)構(gòu)信息。此外，還可以進(jìn)一步將溶菌酶用不同PH 值的酸處理，再進(jìn)行拉曼光譜測試，進(jìn)而分析酸對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和相關(guān)環(huán)境的影響。

拉曼光譜在墨跡鑒定研究中的應(yīng)用

我國近年來民事糾紛和經(jīng)濟(jì)犯罪案件有逐漸增多的趨勢，各種重要的檔案或者是證據(jù)都存在著被偽造的可能，票據(jù)、合同、文件、日期以及內(nèi)容是經(jīng)常被偽造的內(nèi)容。這些東西一旦被偽造就會(huì)對案件審理造成一定影響，在實(shí)際工作過程中為了有效快速準(zhǔn)確地檢驗(yàn)文件中墨跡的真?zhèn)尉托枰訌?qiáng)對拉曼光譜法的應(yīng)用。當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)在墨跡鑒定中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)還取得了良好效果。采用拉曼光譜法可以直接對樣品進(jìn)行鑒定，鑒定之前無需進(jìn)行任何處理。這是這種方法的明顯優(yōu)勢。工作人員采用顯微拉曼光譜方式對當(dāng)前市面中常用的三種不同類型筆的墨跡進(jìn)行了鑒定。這三種筆分別是藍(lán)色圓珠筆、黑色簽字筆以及黑色圓珠筆。通過工作人員的認(rèn)真分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這三種墨跡之間的拉曼譜峰是存在較大差別的。即便是同一類型不同品牌的筆產(chǎn)生的墨跡所具有的拉曼譜峰也是不同的。正是因?yàn)榫哂羞@樣的特點(diǎn)，實(shí)際工作過程中應(yīng)用拉曼光譜法就可以對各種類型不同品牌的墨跡做出科學(xué)地辨別。今后應(yīng)該加強(qiáng)這方面的應(yīng)用。譚紅琳等對市場上常見4 種品牌的碳素筆筆跡采用拉曼光譜法進(jìn)行了鑒定。實(shí)際鑒定過程中譚紅琳等人主要是利用氬離子激光器來進(jìn)行鑒定處理。這款激光器本身的波長能夠達(dá)到514mm，經(jīng)過專門鑒定，工作人員發(fā)現(xiàn)四種碳素筆的拉曼光譜均呈現(xiàn)出了不同特點(diǎn)。徐徹等則著重對黑色圓珠筆油墨進(jìn)行了鑒定，在實(shí)驗(yàn)過程中為了證明效果，工作人員選擇了多種激光器來進(jìn)行鑒定。實(shí)驗(yàn)過程中主要是采用了半導(dǎo)體激光器、氬離子激光器、氦氖激光器。應(yīng)用這三種激光器對3 種筆墨進(jìn)行鑒定后發(fā)現(xiàn)，3 種黑色圓珠筆油墨拉曼光譜的差別是非常明顯的。

結(jié)語

綜上所述，本文針對拉曼光譜在DNA、蛋白質(zhì)以及墨跡鑒定應(yīng)用問題上進(jìn)行了簡要的分析，探究了上述三種情況下的拉曼光譜研究。司法鑒定過程中采用拉曼光譜也十分普遍。另外就是民事糾紛案件中經(jīng)常出現(xiàn)的合同、票據(jù)鑒定需要采用拉曼光譜對墨跡進(jìn)行鑒定，這些都是拉曼光譜的實(shí)際應(yīng)用情況分析。因此，大力發(fā)展拉曼光譜研究意義重大。