拉曼光谱测量中的荧光抑制方法综述

拉曼光谱测量中的荧光抑制方法综述

第3z卷笫5期

2010年1O月

光学仪器

OPTICALINSTRUMENTS

V o1.32,No.5

October,2010

文章编号:1005—5630(2010)05—0089—06

拉曼光谱测量中的荧光抑制方法综述

邹文龙,蔡志坚,吴建宏

(苏州大学信息光学工程研究所,江苏苏州215006)

*

摘要:拉曼光谱是物质的特征结构谱,但是在许多情况下,除了激发出拉曼散射光之外,还会激

发出强度远大于拉曼散射的荧光,从而限制了拉曼光谱的应用.因此在拉曼检测中对荧光采取

抑制措施是十分必要的.在过去的几十年里发展了多种荧光抑制方法,包括荧光淬灭剂法,光

漂白法,红外/紫外激发法,偏振调制法,移频激发法,高频调制法,门控法,数值处理法,非线性

效应法等.文中概括性地介绍了上述各种技术方法的原理,并扼要地分析比较了各自的性能

特点.

关键词:拉曼光谱;荧光抑制;信噪比

中图分类号:TH744.1文献标识码:Adoi:10.3969/j.issru1005—5630.2010.05.019 ReviewoffluorescencerejectioninRamanspectroscopymeasurement ZOUWenlong,CAIZhijian,WUJianhong

(InformationOpticalEngineeringInstitute,SoochowUniversity,Suzhou215006,China) Abstract:Ramanspectroscopyprovidesafingerprintofthemolecules.However,inmany casesthefluorescencewillalsobestimulatedapartfromtheRamanscattering.The fluorescenceintensityisoftenseveralmagnitudesstrongerthanthatoftheRamansignal, whichseverelyobstructsthenormalapplicationofRamanspectroscopy.ItSnecessarytotake someproperfluorescencerejectionmeasuresinRamandetection.Manymethodsand techniqueshadbeenproposedanddevelopedtosuppressthefluorescencedisturbanceinthe pastdecades,includingfluorescencequenching,photo-bleaching,IR/UVexcitation, polarizationmodulation,shiftedexcitationRamanspectroscopy,high-frequencymodulati on,

time-gateddetection,numericalprocessingandnonlinearspectroscopictechniques.Thispa per brieflyintroducedthesetechniquesandmadesomeanalysisontheircharacteristicsand performances.

Keywords:Ramanspectroscopy;fluorescencerejection;signaltonoiseratio

引言

拉曼散射现象是印度科学家拉曼在1928年发现的,从那以后拉曼光谱受到科学家的广泛重视,

是上世纪6O年代激光器的诞生,给拉曼光谱的应用带来了新的发展空间.拉曼光谱反映分子内部

特别

各种

简正振动频率及有关振动能级的情况,利用这些信息可以鉴定分子中存在的官能团以及相关的化学结

收稿日期:2010-01—20

基金项目:江苏省高技术研究计划资助项目(BF2009047)

作者简介:邹文龙(1984一),男,江苏苏州人,硕士研究生,主要从事拉曼光谱仪器方面的研究.

?9O?光学仪器第32卷

构.目前,拉曼光谱在化学,生物医学,材料,环保等领域有着非常广泛的应用.在化工生产领域,拉曼检

测可以实时监控高分子聚合过程,Bauer等人利用拉曼光谱测定了苯乙烯单体在乳液聚合反应中的浓度

变化情况¨,Wenz等人用拉曼光谱分析技术来监测ABS塑料生产的接枝共聚过程【l2].在生物医学领

域,拉曼光谱可以对癌症进行早期诊断,Mahadevan-Jansen和Nicholas等人在利用拉曼光谱对脑癌,乳腺

癌,结肠癌,皮肤癌进行早期诊断的试验中取得了很好的效果_3].环境保护方面,拉曼检测可用于水质

分析,而且可以检测的物质范围非常广,现有的研究成果中包括氰化物,铁氰化物,硝酸盐和亚硝酸盐,硫

酸盐等各种无机物以及苯类,酚类,醛类,喹啉,吡啶,含氮芳香化合物等各种有机物的检测,可以用来获

取水环境的污染信息].随着激光技术和信号检测技术的发展,拉曼光谱技术在当代工农业生产和科学

研究中必将得到越来越广泛的应用.

在拉曼检测中,用激光照射样品时除了激发出拉曼散射光外同时还经常会激发出荧光.样品分子的

特征振动频率与激光频率相同并且荧光效率较高时,它就会吸收激发光子而发射出荧光6].另外样品不

纯(含有染料分子,生物分子等一些强荧光分子)也容易导致荧光的发射.通常情况下,荧光的强度远大

于拉曼光,使得拉曼信号完全淹没在荧光背景噪声中,导致得到的光谱数据难以正常利用.特别是当被

测样品中含有生物蛋白分子,有机染料分子的时候,荧光效应更加突出.因此,在拉曼光谱检测中对荧光

采取一定的抑制措施是十分必要的.

在过去的几十年内,各国学者提出并实现了多种荧光抑制方法和技术.这些方法利