你了解應用于防爆、安檢的拉曼光譜技術嗎？

一、拉曼光譜分析技術及其發展

1928年印度物理學家拉曼（Sir Chandrasekhara Venkata Raman，1888-1970）首次發現拉曼散射效應（即當光穿過透明介質被分子散射的光發生頻率變化），并因此榮獲1930 年諾貝爾物理學獎。拉曼效應發現以后，拉曼光譜分析曾是研究分子結構的主要手段；60年代激光光源的問世以及弱信號檢測技術的發展給拉曼光譜分析技術帶來了新的契機；70年代中期，激光拉曼探針的出現，給微區分析注入了活力；80年代以來，凹陷濾波器的出現替代了雙聯單色器甚至三聯單色器，極大的提高了光源效率，降低入射光功率，提高了光譜儀的靈敏度。近年來，拉曼光譜技術己發展到共焦顯微拉曼技術、表面增強拉曼技術、共振拉曼技術等，形成了拉曼光譜分析領域的技術體系。 

拉曼光譜分析技術是以拉曼效應為基礎建立起來的分子結構表征技術，其信號來源于分子的振動和轉動。不同的物質具有不同的特征光譜，因此可以通過拉曼光譜作定性分析；根據物質光譜拉曼散射強弱的特點可以對物質作定量分析；對拉曼光譜譜帶的分析，可進行物質官能團及分子結構分析。正因如此，激光拉曼光譜技術在物質鑒定、分子結構研究、化工過程、醫學醫藥、生物化學、考古及寶石鑒定、公安與法學樣品分析、反恐技術、食品安全、地質及環境科學等各個領域都得到了廣泛的應用，越來越受研究者的重視。特別是激光拉曼光譜分析技術無需樣品制備過程、無損探測技術、適合水溶液分析、速度快穩定性高，已在反恐禁毒領域獲得廣泛應用；奧運會、世博會等都采用了激光拉曼光譜儀來現場判別爆炸物、毒品等危險品。

二、激光拉曼光譜分析儀

激光拉曼光譜分析儀一般由激光器、光學系統、計算機系統、軟件系統、控制系統五個部分構成。

（1）激光器：一般采用大功率單色發光器作為激發光源，常規的激光波長為532nm、785nm、1064nm等（簡智SST-3000便攜式拉曼爆炸物/毒品檢測儀即采用785nm光源），功率從幾十毫瓦到數百毫瓦不等。在一些大型拉曼光譜儀上，也有采用多個激光器。

（2）光學系統：主要包括聚光、集光、濾光、CCD等光學部件，收集激光入射樣品的散射光，濾除瑞利散射，并將拉曼散射光送入CCD進行光電轉換，變成數字信號后送入計算機。

（3）計算機系統：進行數據采集、軟硬件接口的部件。

（4）軟件系統：根據獲得光譜進行預處理、光譜分析、樣品識別的軟件部分。

（5）控制系統：根據測量要求調節光學系統、激光器的部件。

三、拉曼光譜技術應用于毒品檢測

毒品的泛濫，不僅危害人類的健康，而且破壞國家的社會安寧和經濟發展，已成為嚴重的國際性公害。1991年2月，聯合國首次禁毒特別會議指出，從社會和經濟發展角度看，其危害大于艾滋病和沙漠化，“世界性販毒吸毒已成為影響我們所有人并對國際和平與安全日益構成威脅的一大問題”。在我國，黨和政府采取堅決果斷的措施打擊毒品犯罪。然而，在國際毒潮的侵襲下，毒品禍害常卷土重來。特別是易制毒化學品的出現，大大縮短了毒品的生產周期，產生了多種新型化學合成毒品。公安部日前發布的最新數據顯示，我國登記在冊的吸毒人員已經達到390余萬名，呈現緩慢上升的態勢。和往年相比，新型毒品上升態勢較為突出。

目前，用于毒品檢測的主要技術有：X射線背散技術、離子遷移譜技術、激光拉曼光譜分析技術等。毒品通常為粉末，結晶或片劑等，純品不常見，易與日用品、食品混合，特別是近年來易制毒化學品大量用于毒品加工，而在緝毒工作中缺乏現場快速精確的毒品檢測技術，使得便攜式拉曼光譜儀在這一領域得到越來越多的關注。

由于拉曼光譜具有高度特征性，采用激光拉曼光譜技術鑒定毒品，其結果在許多國家可以作為法庭的有效證據，我國對毒品現場檢測技術也有較多的研究報道。比如采用激光顯微拉曼光譜法對7種毒品和5種白色粉末進行了分析，結果發現7種常見毒品均有豐富的拉曼位移峰，可以與其他常見白色物質區分開來，表明拉曼光譜法適用于快速準確地識別毒品。此外利用顯微拉曼技術對安非他明硫酸鹽、甲基安非他明鹽酸鹽、鹽酸嗎啡、鹽酸海洛因、鹽酸蒂巴因、鹽酸那可汀、鹽酸罌粟堿和鹽酸可卡因8種常見毒品做測試和分析，并對手指觸摸過海洛因后所沾有的微量殘留物進行分析，研究表明顯微拉曼技術對檢測分析走私毒品以及其他痕量物質是一種極為有力的手段。

四、拉曼光譜技術應用于爆炸品檢測

近年來，由于國際形勢的緊張，恐怖分子經常利用公共交通人流量大的特點，制造慘烈的爆炸恐怖襲擊，比如2010年的莫斯科地鐵爆炸案，2011年的多莫杰多沃機場爆炸案，2016年比利時扎芬特姆國際機場爆炸案，同年的布魯塞爾地鐵站爆炸案。自1969年以來，飛機上的恐怖爆炸已經奪去了數千人的生命。近年出現的液體爆炸物，易于偽裝攜帶，爆炸力巨大，若要炸穿機身，僅需半包香煙大小的液體炸彈就可以。1987年韓國客機爆炸案，1994年初基地組織策劃的“波金卡計劃”，都是使用了液體炸彈。2005年倫敦發生震驚世界的爆炸案，造成51人喪生，逾700人受傷，這次襲擊倫敦運輸系統的炸彈，采用的就是一種與以往不同的以過氧化物為基礎的爆炸物，即三過氧化三丙酮（TATP）�，F在，各國航空都明令限制攜帶液體物品登機。在我國，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》明確將爆炸物、毒品等違禁品與核生化恐怖源的遠程探測技術與裝備列入公共安全領域的優先主題。

五、拉曼光譜分析技術在防爆安檢領域的展望

由于拉曼散射截面小，使得拉曼光譜儀在非均相固體檢測中的應用受到一定的限制，因而表面增強拉曼光譜技術最近得到了大量實用性的研究。表面增強拉曼散射（SERS）效應是指在一些特殊制備的金屬良導體表面或溶膠中，吸附分子的拉曼散射信號比普通拉曼散射信號大大增強的現象。表面增強拉曼克服了拉曼光譜靈敏度低的缺點，可以獲得常規拉曼光譜所不易得到的結構信息。據報道，美國利用增強拉曼光譜技術，將上萬根銀納米線制成薄層作為探測器，研制出一種可檢測痕量危險化學制品的新型探測裝置。我國也有用表面增強拉曼光譜對接觸毒品后微量殘留進行檢測的研究報道。

拉曼光譜與其它光譜聯用技術也得到廣泛研究。紅外光譜（IR）與拉曼光譜互為補充，在化學分析中是相輔相成的兩種分析方法；紅外光譜與拉曼光譜的聯用給毒品、爆炸品等違禁品檢測提供了更加精確的結果。氣相色譜（GC）作為一種有效的分離手段應用面極廣，將表面增強拉曼技術作為氣相色譜的一種控制器也已有應用，此方法分析了吡啶類化合物，達到滿意的結果。利用離子遷移譜技術（IMS）的高靈敏度與拉曼光譜的高精確度相結合進行違禁品的探測在國內研究也獲得相應成果。

在一定距離外進行爆炸品的探測預警，一直是防爆領域的技術難題。在歐洲的研究機構最近報道了一種遠程拉曼光譜技術，即在遠處定向發射激光束到可疑物品上，通過特殊的收集裝置獲得拉曼散射光加以分析來判斷其是否為爆炸物，這一技術可保護現場人員安全。

毒品、爆炸品等違禁物品的危害日益嚴重，傳統的一些檢查手段已經無能為力，而拉曼光譜分析方法方興未艾，是一種發展前景良好的檢測手段。國際上已有許多成功應用的范例，國內相關領域的技術發展和儀器應用也逐步獲得人們的關注。我們相信，在不久的將來，拉曼光譜分析技術就會在防爆、安檢領域大放異彩。