拉曼光谱——缘起一趟海上航行

“1921年夏，我到欧洲的航行使我有机会次看到地中海的美丽的蓝色乳光，这种现象似乎很像是由于阳光被水分子散射引起的。为了检测这种解释，好是找到光在液体中漫射所遵循的规律。”

——摘自印度物理学家拉曼在诺贝尔奖领奖仪式上的演讲

看看，看看，别人看海是看到的光散射；而我看海看到的是海里那条美人鱼。

拉曼散射的发现

1928年，印度科学家拉曼（C.V.Raman,1888-1970）观察到一个现象：当光穿过透明介质，部分被散射的光发生频率改变，这一现象被称之为拉曼散射[1]。C.V.Raman也因为这一发现获得了1930年诺贝尔物理学奖。

基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）发现，光从样品中散射是由于光与样品分子发生弹性碰撞（瑞利散射）或非弹性碰撞（拉曼散射）。瑞利散射光具有与入射激光相同的波长，但拉曼散射光以不同的波长从样品返回，该波长对应于样品中分子键的振动频率，因此对散射光谱进行分析可得到的分子振动、转动的信息，并应用于分子结构分析研究，称为拉曼光谱（RamanSpectra）。拉曼光谱是一种散射光谱，是光与物质分子、原子相互作用的一种形式。

从弱到强逆袭的拉曼

虽然拉曼的发现获得诺贝尔奖，在上世纪30、40年代受到广泛重视，也曾是研究分子结构的主要手段，但由于当时拉曼信号太弱，无法满足样品测试的苛刻要求而无法广泛应用。60年代，随着激光光源的发展，特别是大名鼎鼎的表面增强拉曼散射光谱（SERS）技术的出现，拉曼逆袭成为高灵敏度仪器，并得到广泛应用。SERS技术有灵敏度高，水干扰小，检测快速，抗光漂白和谱峰窄的优点[2,3]。

拉曼技术应用

由于透射性好，拉曼可以透过包装，测定任何对激光透明的介质，如玻璃，塑料或溶于水的样品。药厂、化工厂用拉曼来做原料或库管样品的检验，那可是便携拉曼的看家本领。这类应用的共性就是检测的成分简单，含量较高，不用HPLC分离，不用制样，透过包装就快速检测。除了应用于物质组成检测或成分鉴定外，拉曼光谱还可以用于测试物质张力和应力，晶体对称性和取向，晶体质量，物质总量，物质官能团的等信息。

拉曼谱图的构成和特征

拉曼谱图通常由一定数量的拉曼峰构成，每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个谱峰对应一种特定的分子键振动，其中既包括单一的化学键，例如C-C,C=C, N-O,C-H等，也包括由数个化学键组成的基团的振动，例如苯环的呼吸振动，多聚物长链的振动以及晶格振动等，每种分子或样品都有其特定的拉曼光谱“指纹”。

基于样品的“指纹图谱”，建立数据库，在遇到未知样品的时候，进行拉曼谱图比对和分析、匹配，从而获得未知样品的组成或成分等信息。

拉曼光谱仪在制药界为何能够普及

• 首先从光谱的通性来看，样品制备简单或无需制备；
• 不受样品物质形态的影响；对样品无损伤、快速分析，维护成本低，使用简单；
• 分辨率高，特异性好（这点同红外类似）；
• 适合水样，能够透过玻璃、塑封袋，直接检测，使用SERS后还可大幅提升灵敏度；

便携（手持拉曼）是近年来发展快的拉曼品种。不怕水、透过包装、贴近样品快速测试的特性早用于制药业。各大公司都不断收购拉曼技术，目前已经开始昂首进军到单细胞检测等前沿领域[4]。

TruScan™RM手持式拉曼分析仪

AhuraScientific公司于2005年推出功能强大的小型手持式拉曼光谱仪TruScan，后被ThermoFisher Scientific收购，于2011年推出下一代手持式原料鉴定分析仪手持拉曼TruScanTMRM[5]，用于快速药品定性和定量检测，原辅料质量控制，原料鉴定和剂型识别、药品的真伪鉴别、API含量定量等等，同时还可以用于过程分析（PAT），如蒸馏在线终点测定、反应监测以及粉末混合操作测试。非专业操作员即可以使用该分析仪，快速准确地物料检测。

TruScanTMRM手持式拉曼分析仪有一个可用的FactoryLibrary，有超过4,300种有机/工业溶剂、有毒化学品、药品、家用化学品等样品。使用FactoryLibrary为未知原料提供了附加信息。

此外，TruScanTMRM手持式拉曼分析仪还可以安装有TruTools，允许使用者自定义创建定性和定量方法，使用者能够在工厂的任何地点进行高级化学计量分析[6]。

TruScanTMRM手持式拉曼分析仪适用性（固体，液体，啫喱液体，糊状物）。

产品特点

• 体积小，重量轻至900g，防震抗摔耐化学腐蚀；
• 全身密闭设计，无风扇及开放的接口，易于清洁防止交叉污染，符合GMP清洁要求；
• 统计学概率p算法，保证鉴别结果的准确和有效；
• 可选配TruTools软件包，进行高精度定性以及定量分析，全球唯一；
• 内置4000多种方法库；
• 符合USP<1120>、EP<2.2.48>、中国药典GMP、FDA 21CFR part 11；账户权限管理，详尽的审计追踪记录；
• 集成了条形码扫描器，可扫描一维及二维码。

参考文献

1. Raman，C.V&Krishnan,K.S. A new type of secondary radiation. Nature 121,501-502(1928).
2. Albrecht M G, Creighton J A. Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode. J Am Chem Soc, 1977, 99: 5215-5217.
3. Jeanmaire D L, Van Duyne R P. Surface raman spectroelectrochemistry. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem, 1977, 84: 1-20.
4. Lee, K.S., Palatinszky, M., Pereira, F.C. et al. An automated Raman-based platform for the sorting of live cells by functional properties. Nat Microbiol, 2019, 4, 1035-1048.
5. 赛默飞世尔科技推出下一代手持式原料鉴定分析仪, 2011.03.https://m.antpedia.com/news/index.php/131917.html
6. 用于制药材料验证的TruScan RM手持式拉曼分析仪常见问题解答.https://www.thermofisher.cn/cn/zh/home/industrial/spectroscopy-elemental-isotope-analysis/portable-analysis-material-id/portable-pharmaceutical-qa-qc-manufacturing-solutions/truscan-rm-handheld-raman-analyzer-pharmaceutical-material-Identification-faqs.html