单细胞水平同位素拉曼散射分析
简述拉曼散射效应
简述拉曼散射效应嘿，朋友们！今天咱来聊聊拉曼散射效应呀。
你说这拉曼散射效应啊，就好像是光在物质世界里的一场奇妙冒险！光照射到物质上，就像我们人走进了一个陌生的地方，会发生一些意想不到的事情呢。
本来直直往前跑的光，在和物质“亲密接触”后，一部分光就会发生散射，而且散射光的波长还会发生变化，这多有意思呀！就好比你去参加一个聚会，本来你是很普通的一个人，但在和不同的人交流互动后，你可能就变得有些不一样了，有了新的特点。
拉曼散射效应不就是这样嘛！它让光有了独特的“个性”。
咱平时生活中可能不太会注意到这个神奇的现象，但在科学研究里，这可太重要啦！科学家们就靠着研究拉曼散射效应，能了解到物质的很多秘密呢。
比如说，通过分析散射光的特征，就能知道物质的结构、成分等等。
这就像是给物质做了一次全面的“体检”，什么小毛病、小细节都能被发现。
你想想看，如果没有拉曼散射效应，我们对这个世界的认识得少多少啊！很多物质的特性我们都没法搞清楚。
它就像是一把神奇的钥匙，打开了我们了解物质世界的大门。
而且哦，拉曼散射效应还能应用在很多领域呢！在化学里，可以用来检测物质的纯度；在生物学里，能帮助研究生物分子的结构。
这多厉害呀！就好像它是一个万能的工具，哪里需要就往哪里搬。
这光的散射可不是随随便便的，它里面蕴含着深深的奥秘呢！难道你不觉得这很神奇吗？我们身边的这些普通的光，竟然藏着这么多我们不知道的事情。
咱再想想，要是没有科学家们孜孜不倦地去研究这些现象，我们能享受到这么多科技带来的便利吗？拉曼散射效应就是一个很好的例子呀，从一个看似普通的现象，变成了帮助我们探索世界、推动科技进步的重要力量。
所以说呀，可别小看了这些小小的科学发现，它们就像一颗颗小种子，慢慢发芽长大，最后长成参天大树，为我们的生活带来巨大的改变。
拉曼散射效应不就是这样一颗神奇的种子嘛！它在科学的土壤里生根发芽，绽放出绚丽的花朵，让我们的世界变得更加丰富多彩。
难道你还能不感叹它的奇妙吗？。
单细胞拉曼光谱技术
单细胞拉曼光谱技术
单细胞拉曼光谱技术广泛应用于检测固体和液体材料的化学成分，它可利用物质的光谱“指纹”信息，区分各种物质样品、检测不同生理状况的细胞及其中的生物分子。
拉曼光谱技术已经成为一种多功能的生物医学分析工具。
单细胞拉曼光谱通常包含上千个拉曼光谱带，可以提供丰富的细胞分子信息，例如核酸、蛋白质、脂质等，并可反映细胞的基因型、表型和生理状态。
近几年来，拉曼光谱技术及其衍生发展而来的其他技术凭借其无创、实时、可重复性高等特点，在生物医学方面，特别是在肿瘤的诊断、治疗、预后等许多方面有了广泛应用随着拉曼技术的不断发展，未来拉曼光谱将在科学研究的各领域得到更加广泛的应用。
从细胞到人体的基于拉曼光谱的体内外化学分析
从细胞到人体的基于拉曼光谱的体内外化学分析Sebastian Wachsmann-Hogiu、Tyler Weeks 、Thomas Huser对组织的临床诊断的金标法是免疫荧光法。
但是很多荧光染料具有毒性，限制了其体内诊断的应用。
拉曼光谱法，一种化学特异的，无需标记的诊断技术，做为强大的替代方法，迅速获得了广泛的认同。
它能够用不破坏，不损伤生物材料的方式，探测其化学成份。
我们将回顾拉曼光谱在生命科学领域的最新进展，并详细介绍其在促进疾病检查方面的技术进步。
我们还将讨论它在检测分子的生物学功能，描绘细胞内的化学微环境方面的作用。
以及其在内镜，表面增强拉曼光谱，共振拉曼光谱等方面的应用也将讲述。
简介：在过去的四个世纪里，对活的生物体在微观和宏观尺度上可视的观察其结构和功能的愿望，一直推动着生物医学光学的发展。
使得光学显微镜有了较大进步，扩展了其应用范围。
相差显微的出现，使得我们能够凭借细胞内组分的折射率不同，而观察到活体的亚细胞结构。
后来，由于荧光探针的出现使得能够观察细胞内特定分子，人们发现了关于生物分子结构和功能的大量信息。
共聚焦显微镜和最近正在研制的超高分辨率显微镜极大的提高了三维空间分辨。
现在，科学家们正在研制的成像技术，其分辨率将能观察到细胞内单个生物大分子聚合物。
但是现阶段使用的光学成像和诊断技术，几乎全都是用体外标志物。
这些标志物不但具有毒性，而且对所标记分子的功能和微环境都有显著影响。
因此，需要继续寻找其他成像机制，尤其是能够使用内在的或非干扰性的标志物，进行化学特异性的成像。
拉曼散射凭借与荧光像差相似的检测方式，就成为其最显著的扩展方式。
拉曼散射是一种非弹性散射，源于分子中的化学键具有特征性的震动能级。
当光子，尤其是来自激光的光子与化学键发生碰撞，被散射出去，就产生了拉曼散射。
在散射中，只有极小一部分光子（~1/108）发生非弹性散射，与分子振动交换能量。
被散射的光子可以提供能量给化学键而发生红移（斯托克斯散射），也可以从化学键获得能量而发生蓝移（反斯托克斯散射）。
拉曼散射
E1 + h0 E2 + h0
（2）、每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱，可用拉曼光谱表征物质。
（3）、每一物质的拉曼频率位移（入射频率与散射频率之差)与入射 光的频率无关。
（4）、拉曼散射是瞬时的，入射光消失后10-11~10-12s内散射光消失。 （5）、拉曼谱线的宽度比较窄，且成对出现，即具有数值相同的正 负频率差，比入射光波长短的为反斯托克斯线，波长长的为斯托克斯 线。 （6）、分子做拉曼散射的同时，也有强度很大的瑞利散射。
不进行能量交换，只改变传播方向
散射分类： 瑞利散射、米氏散射
非弹性散射：散射光频率发生变化，二者交换能量，
传播方向发生改变
布里渊散射、拉曼散射
拉曼散射（Raman scattering）：光通过介质时由于入射光 与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。又称拉曼 效应。
3、Raman散射基本原理
stokes线
h(0 - )
E1 V=1
h
E0 VHale Waihona Puke 03、Raman散射基本原理
另一种是分子处于激发态振动能级，与光子碰撞后，分子从 入射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子 的能量变为h（ν0+ν1）= hν，频率增加至ν0+ν1 。形成能量 为h（ν0+ν1）、频率为ν0+ν1的谱线。正拉曼位移，即ν0+ν1 称为反Stokes线（反斯托克斯线）。
拉曼散射光谱
拉曼散射光谱（Raman spectra）是一种光谱学技术，它基于印度科学家C.V.拉曼（C.V. Raman）在1928年发现的拉曼散射效应。
这种效应描述了当入射光与分子相互作用时，一部分散射光子的能量会发生变化，从而导致散射光的频率不同于入射光的频率。
这种能量的变化是由于分子振动、旋转或其他内部结构变化的结果。
拉曼光谱仪通常使用激光作为光源，因为激光具有单色性好、强度高和方向性强等特点。
当激光照射到样品上时，大部分光会以瑞利散射的形式被散射出去，这部分光子的频率与入射光相同。
然而，一小部分光子会经历拉曼散射，其波长会改变，这是因为它们在与分子相互作用过程中发生了能量转移。
根据散射光子的能量变化，可以将拉曼散射分为斯托克斯线（Stokes lines）和反斯托克斯线（Anti-Stokes lines）。
斯托克斯线代表散射光的能量低于入射光，即散射光的波长大于入射光；而反斯托克斯线则表示散射光的能量高于入射光，即散射光的波长小于入射光。
通过测量这些散射光的波长（或频率），科学家可以获得关于分子振动模式的信息，这可以帮助他们识别分子结构并了解分子之间的相互作用。
拉曼光谱广泛应用于化学、物理学、材料科学、生物学等多个领域，例如研究药物成分、分析矿物、表征聚合物结构等。
拉曼散射的应用及应用原理
拉曼散射的应用及应用原理1. 引言拉曼散射是一种用于分析物质的光学技术，它通过测量入射光与物质相互作用后所发生的频率变化来获取物质的信息。
拉曼散射广泛应用于化学、生物、医药等领域，为科研和工业生产提供了强大的分析手段。
2. 原理拉曼散射的原理基于拉曼效应，即当入射光与物质相互作用时，部分光子会发生能量的吸收或散射，光子的频率与物质的振动能级差相关。
拉曼散射光谱可以分为斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射两种类型。
斯托克斯拉曼散射发生在入射光的频率低于散射光，而反斯托克斯拉曼散射发生在入射光的频率高于散射光。
3. 应用拉曼散射广泛应用于以下领域：3.1 物质鉴定通过测量物质的拉曼散射光谱，可以鉴定物质的成分和结构。
不同物质的拉曼活性基团会在拉曼光谱中表现出不同的峰位和强度，从而可以快速识别物质的种类。
3.2 药物分析拉曼散射可以用于检测和分析药物的成分和纯度。
通过与已知药物的光谱进行比对，可以确定药物的纯度和是否含有假药成分。
3.3 生物医学应用拉曼散射可以用于分析生物组织和细胞的成分和结构。
通过测量生物样品的拉曼光谱，可以非侵入性地检测疾病标志物、细胞代谢活性等信息，为疾病诊断和治疗提供了新的手段。
3.4 环境监测拉曼散射可应用于环境监测领域。
例如，通过测量水样品的拉曼光谱，可以检测水中的污染物，如重金属离子、有机物等，实现对水质的快速监测。
3.5 质量控制拉曼散射可用于生产过程中的质量控制。
通过在线监测产品的拉曼光谱，可以实时了解产品的化学组成和结构，进而控制产品的质量和一致性。
3.6 纳米材料研究拉曼散射可以用于研究纳米材料的结构和性质。
由于纳米材料的尺寸效应和表面效应，在拉曼光谱中会出现特殊的峰位和强度变化，这些信息可以帮助研究者了解纳米材料的晶格结构和成分分布。
4. 结论拉曼散射作为一种无损、快速、非破坏性的分析技术，在化学、生物、医药等领域具有广泛的应用前景。
未来随着仪器设备的改进和数据处理算法的优化，拉曼散射技术将更加成熟和高效，为科研和工业生产提供更多的便利和应用价值。
3-拉曼光谱
拉曼位移的大小与入射光的频率无关， 只与分子的能级结构有关。
其范围为25~4000cm-1，因此入射光的 能量应大于分子振动跃迁所需能量，小 于电子能级跃迁的能量。
在拉曼光谱中，分子振动要产生位移也要服从一定的选 择定则，也就是说只有伴随分子极化度α 发生变化的分 子振动模式才能具有拉曼活性，产生拉曼散射。
由于激光是线偏振光，而大多数的有机分子是各向异 性的，在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是 不同的。 在激光拉曼光谱中，完全自由取向的分子所散射的光 也可能是偏振的，因此一般在拉曼光谱中用退偏振比 (或称去偏振度)ρ表征分子对称性振动模式的高低。
的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高 4 的对称振动模式 。
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者 结合使用能够得到更丰富的信息。这种互补 的特点，是由它们的选择定则决定的。 凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光 谱与拉曼散射光谱没有频率相同的谱带，这 就是所谓的“互相排斥定则” 。
上述原理可以帮助推测聚合物的构象。
聚硫化乙烯(PES) （CH2CH2SCH2CH2-S-) 聚氧化乙烯(PEO) （CH2CH2O)
许多情况下C=C伸缩振动的拉曼谱带比 相应的红外谱带较为强烈，而C=O的伸 缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更 为显著。 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基 用红外光谱较易检测出来，而碳链的振 动用拉曼光谱表征更为方便。
与红外光谱相比，拉曼散射光谱具有下述优点
(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、 透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用 来测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦， 因而极微量样品都可测量。 (2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。 但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接 进行测量，这对生物大分子的研究非常有利。此外， 玻璃的拉曼散射也较弱。
血清中肌酐的检测方法及其进展
血清中肌酐的检测方法及其进展摘要】血清肌酐的检测对临床诊断、治疗具有十分重要的意义。
目前，检测血清内肌酐的方法包括同位素稀释质谱法、拉曼散射法、毛细管电泳法、酶法以及Jaffe反应法等。
但是，目前关于血清内肌酐的检测方法尚未有统一的定论，本文旨在进一步了解血清内肌酐的检测方法及进步发展，为临床提供有效的参考依据。
【关键词】血清肌酐检测方法进展【中图分类号】R446 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2014）31-0092-01肌酐，学名甲基胍基乙酸内酰胺，其相对分子量很小，属于极性有机含氮化合物的一种[1]。
机体肌肉中肌酐由磷酸肌酸不可逆转化或自发性的形成。
在正常条件下，人体中肌酐水平相对稳定，通常其水平范围为3.0-14.0 mg/L。
当肾脏机能受到损伤时，肌酐的正常排泄功能受到一定阻碍，血清内肌酐水平升高。
所以，血清内肌酐水平是体现肾脏功能的一项重要指标。
现针对血清内肌酐的检测方法进行深入了解，综述如下。
1.检测方法1.1 Jaffe 检测法Jaffe就是碱性苦味酸肌酐反应，早在1886年便有研究发现苦味酸、肌酐在碱性环境中发生反应时，可产生一种红色物质。
Green-wold通过试验Jaffe反应观察发现[2]，这种红色产物是肌酐与苦味酸之间反应产生的1:1、1:2的络合物。
有的肌酐衍生物或同系物，例如乙内酰脲、胆红素、丙酮酸等物质可与苦味酸相互反应，统称为假肌酐，可导致血清肌酐的检测结果偏高，由于血清红细胞中含有大量的假肌酐，所以肌酐检测不宜选用全血。
随着自动化设备的普及应用，人们对Jaffe 反应试验进行了许多改进[3]，以利于提高检测结果的准确性，同时实现自动化分析，但是仍然没有从根本上解决非特异性反应的问题，血清内血红蛋白、抗坏血酸等物质对反应有所影响，导致结果偏低或偏高。
Junge等人又对Jaffe进行了进一步改良[4]，通过气相色谱一同位素稀释质谱法对大量混合血清标本进行了检测，结果发现为了达到与酶法的相似结果，一定要用21.0 ?mol/L对该法给予补偿校正。
有机波谱分析拉曼
含氮有机物的拉曼光谱特征
• 胺类：在3400-3500cm-1附近出现特征峰，对应 于N-H键的伸缩振动；在1550-1650cm-1附近出 现特征峰，对应于N-H键的弯曲振动。
含硫有机物的拉曼光谱特征
• 硫醇类：在3400-3500cm-1附近 出现特征峰，对应于S-H键的伸 缩振动；在1250-1450cm-1附近 出现特征峰，对应于C-S键的伸 缩振动。
03
拉曼光谱在有机物结构分 析中的应用
确定分子结构
拉曼光谱可以提供分子振动和转动信息，通过分析这些信息，可以确定分子的结构。例如，通过观察 拉曼光谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中存在的化学键和分子构型。
拉曼光谱还可以用于研究分子内部的相互作用和分子间的相互作用，从而进一步了解分子的结构和性 质。
05
拉曼光谱的实验技术及样 品制备
实验设备与操作
拉曼光谱仪
用于产生和检测拉曼散射的仪器， 包括激光源、光谱仪和样品台。
激光波长选择
根据样品特性选择合适的激光波长， 以获得最佳的拉曼散射效果。
实验参数设置
包括曝光时间、激光功率、扫描范 围等，需根据具体情况进行调整。
样品制备方法
01
02
03
固体样品
环境科学
拉曼光谱可以用于环境科学领域的研究，例如检 测水体中的污染物、监测大气中的气体成分等。
拉曼光谱的优势与局限性
优势
拉曼光谱具有高灵敏度、高分辨率和 高重现性等优点，可以用于多种不同 类型的物质分析，且对样品无损伤。
局限性
拉曼光谱的信号较弱，需要较长时间 采集数据；另外，拉曼光谱对样品的 要求较高，有些样品可能难以获得理 想的拉曼光谱。
鉴定化合物类型
拉曼光谱 颜料鉴定
拉曼光谱（Raman spectroscopy）是一种基于非弹性散射光的分子振动光谱分析技术，它能够提供关于材料化学结构、相态和分子相互作用的信息。
在颜料鉴定领域，拉曼光谱技术因其具有的特异性、非破坏性和快速性等优点而成为一种重要的分析手段。
颜料是由细小颗粒组成的有色物质，用于给其他材料着色。
它们可以是有机的、无机的或天然的化合物。
颜料鉴定通常需要确定颜料的化学组成以及可能的杂质，这对于艺术品修复、考古研究、工业产品质控等领域至关重要。
以下是利用拉曼光谱进行颜料鉴定的基本步骤：1.样品准备：首先将待测样品固定在适当的载体上，确保样品稳定且不会因激光照射而分解或改变。
2.测试条件选择：根据样品的性质选择合适的激光波长、功率和照射时间。
对于敏感样品，应使用低功率和短照射时间以避免损害。
3.数据采集：将激光聚焦到样品表面，收集由样品散射出来的拉曼信号。
这些信号包括弹性散射（瑞利散射）和非弹性散射光。
4.光谱解析：通过分析非弹性散射部分的光来获得拉曼光谱。
每种颜料都有其独特的拉曼位移（Raman shifts）模式，即特定波长的光在与颜料分子相互作用后发生的能量变化。
5.光谱比对：将获得的拉曼光谱与已知颜料的标准光谱数据库进行比较，以识别样品中的颜料成分。
这通常涉及到光谱处理软件的使用，如基线校正、峰值搜索和匹配算法。
6.结果解释：确认样品中存在的颜料类型及其可能的来源。
如果需要，还可以对数据进行定量分析，以估计不同颜料的相对含量。
拉曼光谱在颜料鉴定中的应用优势包括：•高特异性：由于每种化合物有其独特的拉曼指纹，因此可以准确地区分化学结构相似的颜料。
•非破坏性：拉曼光谱分析不会破坏样品，这对于文物保护和艺术品鉴赏尤其重要。
•微区分析：配合显微镜，拉曼光谱可以实现对微小区域（甚至单细胞水平）的分析，适用于细节丰富的样品。
•快速检测：拉曼光谱仪操作简单，可在短时间内完成测量和分析。
尽管拉曼光谱在颜料鉴定中非常有用，但它也有局限性，比如某些颜料的拉曼散射截面较小，导致信号弱难以检测；或者样品中荧光背景干扰较强时，可能会掩盖拉曼信号。
质谱成像技术前沿进展及其在药物研究中的应用
学 报Journal of China Pharmaceutical University 2023，54（6）：653 - 661653质谱成像技术前沿进展及其在药物研究中的应用王颂凯1，2，邹宇琛1，2，孙士鹏1，2，闫郅烨1，2，汤维维1，2，李萍1，2*，李彬1，2**（1中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室，南京 211198；2中国药科大学中药学院，南京 211198）摘 要 质谱成像（MSI）作为一种无标记的分子成像技术，弥补了传统液质联用等分析技术空间分辨能力的不足，已被广泛应用于小分子代谢物、脂质、多肽及蛋白质的组织分布研究。
随着MSI技术灵敏度和空间分辨率的不断提高，该技术在精确定位药物组织分布、可视化药物代谢过程、追踪药物递送等研究领域备受关注，为药物临床前研究提供了新技术和新方法。
本文介绍了多种常见MSI技术的基本原理、技术关键参数、技术优势与不足，重点综述了近年来MSI技术在药物有效性及安全性评价、药物组织分布研究、药物递送、中药分析等领域的应用，以期拓展MSI技术在药物研发中的应用，推动药物研发进程。
关键词质谱成像；组织分布；药物临床前研究；药物递送；药物分析；中药分析中图分类号O657 文献标志码 A 文章编号1000 -5048（2023）06 -0653 -09doi：10.11665/j.issn.1000 -5048.2023091901引用本文王颂凯，邹宇琛，孙士鹏，等.质谱成像技术前沿进展及其在药物研究中的应用［J］.中国药科大学学报，2023，54（6）：653–661.Cite this article as：WANG Songkai，ZOU Yuchen，SUN Shipeng，et al. Recent advances in mass spectrometry imaging and its application in drug research［J］.J China Pharm Univ，2023，54（6）：653–661.Recent advances in mass spectrometry imaging and its application in drug researchWANG Songkai1,2, ZOU Yuchen1,2, SUN Shipeng1,2, YAN Zhiye1,2, TANG Weiwei1,2, LI Ping1,2*, LI Bin1,2**1State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198;2School of Traditional Chinese Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198,ChinaAbstract Mass spectrometry imaging (MSI), a label-free molecular imaging technique, has been applied widely in the spatial localization of small molecule metabolites, lipids, peptides, and proteins, with its unique advantage of high spatial resolving power compared to traditional liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS).With the nonstop advancement of its achievable sensitivity and spatial resolution, MSI technique has been providing novel perspectives into the preclinical studies of drugs, such as in vivo localization of drugs and their metabolites, visualization of drug metabolism, and drug delivery tracking.This review introduces the basics of MSI tech⁃niques, including basic principles, key features, technical advantages, and limitations, with particular highlight of the recent applications of MSI in drug efficacy and safety evaluation, drug distribution research, drug delivery research, and analysis of Chinese medicine from recent publications, aiming to promote the utilization and further expansion of MSI in the research and development of drugs.Key words mass spectrometry imaging; tissue distribution; preclinical drug research; drug delivery; pharma⁃ceutical analysis; analysis of Chinese medicineThis study was supported by the National Natural Science Foundation of China (No.82374028)收稿日期2023-09-19 通信作者*Tel：************E-mail：liping2004@**Tel：************E-mail：binli@基金项目国家自然科学基金资助项目（No.82374028）学 报 Journal of China Pharmaceutical University 2023，54（6）：653 - 661第54 卷药物效应的强弱主要取决于药物分子与靶点的结合强度以及机体对药物的处置。
拉曼定量 pls-概述说明以及解释
拉曼定量pls-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在拉曼光谱技术中，拉曼定量PLS（Partial Least Squares）是一种常用的分析方法。
它结合了光谱学与化学定量分析的方法，通过建立拉曼光谱和样品性质之间的数学模型，实现对样品中各种化合物的定量分析。
概括来说，拉曼定量PLS方法通过采集样品的拉曼光谱数据，并结合已知浓度的标准样品进行建模。
通过标准样品的光谱与浓度之间的关系，通过PLS算法建立一个回归模型。
然后，使用该模型可以根据样品的拉曼光谱数据，预测出其中各种化合物的浓度。
与其他分析方法相比，拉曼定量PLS方法具有许多优势。
首先，由于拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，样品在测试过程中不需要任何特殊处理或破坏性操作。
其次，拉曼光谱对于各种化合物具有很好的选择性和灵敏度，可以分析许多有机和无机物质。
此外，拉曼光谱还具有快速、准确和实时分析的特点，使其在化学、医药、生物等领域广泛应用。
在实际应用中，拉曼定量PLS方法已被广泛用于药品质量控制、食品安全检测、环境监测等领域。
它不仅可以用于单一化合物的定量分析，还可以同时分析多种化合物的浓度。
由于其高效、可靠和经济的特点，拉曼定量PLS方法在工业生产中也受到了广泛的关注和应用。
总之，拉曼定量PLS方法是一种强大而有效的分析技术，能够实现对样品中各种化合物的定量分析。
随着光谱仪器的进一步改进和技术的发展，拉曼定量PLS方法在科学研究和工业领域的应用前景将更加广阔。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述和探讨拉曼定量（PLS）的相关内容。
首先，在引言部分（第1节），我们将对本文的研究背景和意义进行概述（1.1概述）。
我们将介绍拉曼定量在科学研究和工业应用中的重要性，并提出相关研究的目的（1.3目的）。
接下来的正文部分（第2节）将详细介绍拉曼定量的原理和算法。
我们首先会对拉曼光谱技术的原理进行介绍（2.1原理介绍），包括拉曼散射现象的产生和分析。
第5章拉曼光谱分析法ppt课件
拉曼散射光谱的基本概念
图6-33 散射效应示意图 （a）瑞利和拉曼散射的能级图 （b）散射谱线
拉曼散射光谱的基本概念
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁 到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态， 与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯 托斯线。
拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之 差称为拉曼位移。拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。 因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的 拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。在正常情况 下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度 比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采 用斯托克斯线研究拉曼位移。
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
拉曼光谱在材料研究中的应用
激光拉曼散射光谱法
拉曼光谱的选择定则与高分子构象
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者结 合使用能够得到更丰富的信息。这种互补的特点， 是由它们的选择定则决定的。凡具有对称中心的分 子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率 相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则”。例 如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼 光谱没有一条谱带的频率是一样的。
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基用 红外光谱较易检测出来
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明（图 6-34）。
聚乙烯分子中具有对称中心，红外与拉曼光谱呈现完全不同的振动模 式。在红外光谱中，CH2振动为最显著的谱带。而拉曼光谱中，C-C振动有 明显的吸收。
生物大分子的拉曼光谱研究
拉曼散射实验报告
拉曼散射实验报告拉曼散射实验报告引言：拉曼散射是一种非常重要的光谱学技术，它可以提供有关物质分子结构和化学键的信息。
在本次实验中，我们将探索拉曼散射的原理、实验装置和数据分析方法，并通过实验结果来验证这一技术的有效性。
实验原理：拉曼散射是指在物质与光相互作用时，光的频率发生变化并散射出去的现象。
当光与物质相互作用时，一部分光子会被物质吸收，而另一部分光子则会发生频率的变化，即拉曼散射。
拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射两种类型，前者频率降低，后者频率增加。
实验装置：本次实验所使用的拉曼散射实验装置主要包括激光器、样品室、光谱仪和数据采集系统。
激光器产生单色光源，样品室用于放置待测样品，光谱仪用于测量散射光的频率变化，数据采集系统用于记录和分析实验数据。
实验步骤：1. 将待测样品放置在样品室中，并调整激光器的功率和波长，使其适合于样品的特性。
2. 打开激光器，使其照射到样品上，并通过光谱仪收集散射光的频率变化。
3. 使用数据采集系统记录和分析实验数据，得到拉曼散射光谱图。
4. 根据拉曼散射光谱图，分析样品的分子结构和化学键信息。
实验结果与分析：通过实验，我们得到了样品的拉曼散射光谱图。
在光谱图中，我们观察到了一系列的散射峰，每个峰代表了特定的分子振动模式。
通过对峰的位置和强度的分析，我们可以确定样品中分子的结构和化学键的类型。
例如，当观察到一个峰位在1000 cm^-1附近且强度较强时，我们可以推断该样品中存在C-H键的振动。
而当观察到一个峰位在1500 cm^-1附近且强度较强时，我们可以推断该样品中存在C-C键的振动。
此外，拉曼散射还可以用于检测样品中的杂质和探测化学反应的过程。
通过观察拉曼散射光谱的变化，我们可以了解到样品中是否存在未知的杂质，并且可以监测化学反应的进行情况。
结论：通过本次实验，我们验证了拉曼散射技术在物质分析中的有效性。
拉曼散射光谱图提供了关于物质分子结构和化学键的重要信息，可以用于物质的鉴定和分析。
拉曼散射
拉曼光谱产生的基本原理
拉曼散射是光照射到物质上发生的非 弹性散射所产生的。单色光束的入射光光 子与分子相互过程中,光子与分子间没有能 量交换 ,光子只改变运动方向而不改变频 率 ,这种散射过程称为瑞利散射。而在非弹 性碰撞过程中,光子与分子之间发生能量交 换 ,光子不仅仅改变运动方向, 同时光子的 一部分能量传递给分子 ,或者分子的振动和 转动能量传递给光子 ,从而改变了光子的频 率 ,这种散射过程称为拉曼散射。
E
拉曼散射谱线的强度与诱导偶极矩成正比。
二硫化碳的振 动及其极化度 的变化
退偏振比(去偏振度)
由于激光是线偏振光，而大多数的有机分子是各向异性 的，在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是不同的。 在红外中只有单晶和取向的高聚物才能测量出偏振，而在激 光拉曼光谱中，完全自由取向的分子所散射的光也可能是偏
激光拉曼谱仪比用汞弧灯作光源的经典拉曼光谱仪具有明显 的优点： （1）被激发的拉曼谱线比较简单，易于解析； （2）灵敏度高，样品用量少，普通拉曼光谱液体样品需 50ml左右，而激光拉曼光谱只要1l即可，固体0.5 g，气 体只要1011个分子； （3）激光是偏振光，测量偏振度比较容易。
2. 制样技术及放置方式 拉曼实验用的样品主要是溶液（以水溶液为主），固体（包括纤维）。
Raman光谱仪
Raman 光谱仪主要由光源、外光路系统、样品池、单色器、信号处理输出系 统五部分组成。
1. 激光光源
激光是原子或分子受激辐射产生的。激光和普通光源 相比，具有以下几个突出的优点：
(1)具有极好的单色性。
(2) 具有极好的方向性。 拉曼光谱仪中最常用的是He-Ne气体激光器。
Ar+激光器是拉曼光谱仪中另一个常用的光源。 由于激光的这些特点，它是 拉曼散射光谱的理想光源，
单个活态细胞显微激光拉曼散射光谱处理方法研究
１ ２ 谱 线 的分 析 、 类 ． 分
。
但在测定提取单 细胞拉曼光谱时 ，由于细胞 内有关物 质
＊通 讯联 系人 ｅｒ ｉ ｔｘ ｕｎ ＠ｊｕ ｅｕ ｃ ＿ ｌ ｙ ｈ ａｇ ｎ ． ｄ ．ｒ ｍ ： ｌ
第 ２期
光谱学与光谱分析
１５ 荧 光 背 景 的 处 理 ．
４９ ０
＿ｄｐ ＩＴ ∞ Ｉ
分类后 的基础上进行 ，这样信噪 比的提高才有意 义。
１ ４ 平 滑处 理 ．
在谱线 的信噪 比较低 时，谱线 的外形 也 比较 毛糙 ，因此 对平均后的拉曼光谱 可以采用 平滑的处理手段对谱线进行处 理 。 滑处理方 法有移动窗 口平均 法 、 动窗 口拟合 多项式 平 移 平滑（ ａ ｉ ｋ－ ｏａ Ｓ ｖｔ ｙＧ ｌ ｚ ｙ平滑） 等多种方 法。 移动窗 口平均方法利用窗 口内 目标点 （ 的邻 域数据 计 ） 算均值 后将 目标点替换为 Ｓ 参见式 （） ， １。
由于生物样品不仅分子种类信 息丰富 ， 且分 子构型 的 而 信息也很丰富。当拉曼 谱线对 某些基 团 的分子构 型敏感 时 ，
分 子 的浓 度 、分 子类 型等 因素 ，常会 碰 到 的 问题 是 中状得 有关 物质 分子 明显 的谱
直接进行谱线的平均处理 ， 会掩盖谱 线的精 细结构 ，即不能
法提高谱线的信噪 比。 多数研究者都会基于统计考 虑和高信 号的要求采用平均的方法 。 对拉曼谱线 的平均处 理必须是在
以在分子水平活态 、 原位 、 无扰地研究单细胞 。
拉曼光谱技术在药物分析领域的研究进展
拉曼光谱技术在药物分析领域的研究进展曹露;朱嘉森;管艳艳;张卫红;龚力;谢方艳;周海波;赖志辉;陈建【摘要】拉曼光谱技术因其可有效避免样品中水的干扰、样品前处理简单、可快速无损分析以及表面增强拉曼可极大增强检测灵敏度等显著特点,在药物分析领域中的应用逐渐增多.本文旨在概述十几年来拉曼光谱技术在药物鉴别、药物定量分析、药物晶型分析、药物生产质控过程监测、药代动力学等方面的具体研究实例,对拉曼光谱技术在药物分析领域中的研究应用进行一次较为全面的综述,为之后该领域研究提供必要参考.【期刊名称】《光散射学报》【年(卷),期】2019(031)002【总页数】11页(P101-111)【关键词】拉曼光谱;药物分析;物质结构;定性定量;综述【作者】曹露;朱嘉森;管艳艳;张卫红;龚力;谢方艳;周海波;赖志辉;陈建【作者单位】中山大学生命科学学院,广州510275;中山大学化学工程与技术学院,广州510275;中山大学测试中心,广州510275;中山大学测试中心,广州510275;中山大学测试中心,广州510275;中山大学测试中心,广州510275;暨南大学药学院,广州510632;中山大学生命科学学院,广州510275;中山大学测试中心,广州510275;中山大学测试中心,广州510275【正文语种】中文【中图分类】O657.371 引言拉曼光谱技术是一种快速无损的分析技术,其分析样品时的光源为一定频率的单色光,单色光入射到介质中会产生两种不同的散射过程,其中一种散射光的的频率与入射光频率相同,另一种散射光频率与入射光频率不同,拉曼光谱测定用其中频率发生变化的散射光来分析物质结构。
拉曼光谱技术对样品的前处理要求较为简单,所需的样品量极少,可测定的样品范围较广,可研究多种有机和无机物质,应用于化学、物理、材料、环境监测、生物医药、高分子等多领域。
其中,由于水的拉曼散射较弱,拉曼光谱技术特别适用于含水的生物样品和化学样品的分析检测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SERS spectra of single E. coli DH5a cells with different levels of 15N incorporation when growing in various concentrations of 15N-NH4Cl. The detection limit is 10% 15N incorporation (P < 0.05). (a) A sharp and clear Raman band at 728 cm-1 (adenine-like compound) shifted due to 15N incorporation into cellular biomass. (b) Relationship between the 15N ratio in single cells and Raman shift.
技术指标
分辨率
人眼：0.2mm；光学显微镜：0.25m；电子显微镜： 0.2nm；共聚焦显微镜：0.18 m。 较之传统显微镜 1）抑制图像的模糊，成像更清楚； 2）具有更高的轴向分辨率，可连续层相成像； 3）增加侧向分辨率。
d
d confocal
d conventional 2 自发拉曼光谱的主要不足是信号太 弱，若一味提高激发光的强度，可能会损 伤细胞，同时采样时间太长也不利于动态 过程的测定，目前提高信噪比的两种基本 办法是：表面增强拉曼散射和相干反斯托 克斯光谱两种分析策略。
1）表面增强拉拉曼光谱
将样品与胶质金属颗粒如银、金或铜混合， 或吸附在这些金属片的粗糙表面上吗，发现光 谱的强度可提高 103-106 倍。一般认为具有一定 表面粗糙度的类自由电子金属基底的存在，使 得入射光在表面局域的电磁场得到加强，而拉 曼散射强度与分子诱导极化化率平方成正比， 因此极大地增强了表面吸附分子的拉曼效应。
2）共振反斯托克斯拉曼光谱
该过程是一种三阶非线性光学过程，通常采 用两束中心频率不同的激光脉冲，分别作为抽运 光（ L ）和斯托克斯光（ S ）来激发样品分子， 当两束激光的频率差与分子某一振动模式的固有 振动频率一致时（R=L-S）， 分子的固有振动 模式得到共振增强，并在第三束探测光（ P ）的 作用下产生反斯托克斯信号（AS）， 其能级图如 图所示，分为两步，第一步，抽运光和斯托克斯 光脉冲同时到达样品使分子共振激发，在湮没一 个抽运光光子的同时产生一个斯托克斯光子和一 个相干声子；第二步 , 产生的相干声子随后与探 测光光子作用, 反射反斯托克斯光子。
1.激光共聚焦显微成像技术
以激光作为光源，激光器发出的激光通过 照明针孔形成点光源， 经过透镜、分光镜形成 平行光后，再由物透镜聚焦在样品上，对样品 内聚焦平面上的每一点进行扫描，样品激发的 光信号，通过分光镜分光，再经像透镜聚焦， 到达探测针孔处，被后续的光电倍增管检测， 并在显示器上成像，得到所需的荧光图像，而 非聚焦光线被探测针孔光栏所阻挡，因而不能 不能被检测。这种双共轭成像方式称为共聚焦。
自发拉曼光谱
入射光被其诱导的分子极化场所散射而频率发生变 化的光谱，在每条入射光频率 V0 的两侧对称地分布着频 率为 V0Vi 的谱线，其中 V 相应于分子的某一振动跃迁 频率，长波一侧的谱线称为红伴线或斯托克斯线，短波 一侧的谱线称为紫伴线或反斯托克斯线。
谱线特征 1）与入射光的频率无关，而由散射物质分子的 振（转）能级所决定，因此有些谱线是与红外 吸收谱线相一致。 2）在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯 线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两 侧，上述两种情况下分别相应于得到或失去了 一个分子声子的振动能量。 3）一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的 强度大，因为依据 Boltzmann分布，处于振动基 态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子 数。
共振反斯托克斯拉曼光谱显著地提高了信号强度，同时由于 信号相对蓝移，可以很好的与激发光分开，而过程存在的固 有非共振背景噪声，可以利于两者的偏振状态、退相时间， 以及空间域的差异进行相应抑制。
3.同位素探针-拉曼光谱
同位素探针是指通过底物完成对生物标志 物的标记，带有重同位素的生物标志物，其拉 曼特征谱线因同位效应将发生红移动，采用光 谱对比分析很容易鉴别出来，进而确定标志物， 并与系统生物功能成分相联系，甚至由标记结 合率确定新合成生物的比例及其动态过程。 理论解释 拉曼谱是入射光与分子相互作用，诱导其 共价键的电子云形变产生极化场，进而相干叠 加而形成散射光，散射光频率相对于入射光丢 失和增加一个相应分子键的振动频率。按照经 典的分子键的谐振子模型，
分子键的振动频率可以表示为
1 k/ 2c
此处，c为光速(ms-1),k为双原子键的作用常数 （Nm-1）,是体系的约化质量， =m1m2/(m1+m2), 可见振动频率反比于约化质量的平方根，当原 子被其重同位素原子取代后，约化质量增加， 而振动频率减小，因此特征谱线发生红移，以 C-H键的氘代为例，C-D的频率相对变化为0.73， 漂移带的相对强度则与重同位素的结合率成正 比，依此可以计算底物的结合率。
基本原理
利用放置在光源后的照 明针孔(P1)和放置在检测器 前的探测针孔(P2)实现点照 明和点探测，激光经过照明 针孔形成点光源，由物镜聚 焦在样品焦面的某个物点上， 只有该点所发射的荧光成像 在探测针孔上，该点以外的 任何位置发射光线被探测器 阻挡，不能到达 PMT 探测器， 从而提高了成像效果。照明 针孔和探测针孔共轭聚焦， 所有被探测点均在物平面为 共焦的平面。
单细胞同位素拉曼散射分析
中国农业大学 齐孟文
• 前言
细胞是生物体结构和功能的基本单位，环 境生态中的所有物质转化和生命活动现象，只 有基于细胞的分析才能得到本质上的阐述，而 细胞的生命驱动力是细胞代谢，解析细胞代谢 的过程，展现其瞬时动态图像，是一切生物转 化相关过程研究在方法学上必须最终解决的问 题，其关系到生态学，环境学，生物学，生物 医学等众多相关领域，具有重大意义。
分析特征
1）利用待测样品分子的特征拉曼谱线作为检测 或灰度对比度成像，无需引入外源标记物（同 位素由底物引入，认为是内原的），因此是非 侵入式的测量； 2）水的拉曼背景信号较小，因此可在水环境下 测量； 3）一般采用近红外光激发，对细胞组织的光损 伤较小，能够穿透较厚的生物样品，有利于长 时间采集样本和进行样品内部测量； 4）不利因素是自发斯托克斯的信号较弱，只有 106-108个光子，影响探测灵敏度的提高。
Tef.single cell stable isotope probing in microbiology using Raman microspectroscopy Yun Wang1, Wei E Huang2, Li Cui3 and Michael Wagner. Available online at
4.单细胞同位素拉曼谱的应用
单细胞同位素拉曼分析一种具有高通 量、非破坏，细胞全化学谱系的（包括蛋 白质，核酸，碳水化合物，脂类 和色素 等细胞储藏分子），非细胞培养的，单细 胞水平上的分析方法，可用于细胞代谢、 细胞活性分类、及储藏物质周转等生态学 和生物学研究。
一般分析线路
Overview of the single cell bio-analysis technology. Single cell bio-analysis can be generally classified as indirect or direct measurements. A typical indirect measurement is fluorescence based which is sensitive but requires external labelling. Single cell Raman spectroscopy (SCRS) is a noninvasive and labelfree technology. SCRS detects biomolecule vibrations from a single cell which serves as a cellular intrinsic ‘fingerprint’ that reflects the cell phenotype and physiological state. Raman-FISH is a combination of fluorescence and Raman technology . Raman imaging and mapping produce Raman pseudo-colour images according to the intensities of Raman spectral bands. The Raman imaging distinguishes the actively CO2 fixing cells (red) and the inert cells (green) . Raman activated cell sorting (RACS) is able to separate cells according to their Raman spectra. The two buffer channels will converge cells (fluorescent dye replaces the cells to show the cell flow path) from a central channel and pass them through the Raman measurement window one by one (a). Because of the laminar flow and the special geometric design of the chip, cells will usually remain in the white flow (c) that channels them to the waste chamber (a) unless an optical force, for example, a 1064 nm infrared fibre laser (b) selectively pushes the cells of interest to another parallel flow, shown as the red-dye stained flow (c), that brings the cells the collection chamber. Microfluidic device based cell sorters are readily compatible with a Raman micro-spectroscopy system to achieve RACS.