应用物理毕业论文：生物样品的RAMAN光谱研究.doc

1、本科毕业论文（20 届）生物样品的 RAMAN 光谱研究所在学院 专业班级 应用物理 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文任务书题目：生物样品的 RAMAN 光谱研究一、 毕业论文内容及要求1、研究意义本论文探索对生物样品的快速光谱测量和识别。利用拉曼光谱的快速、安全、成本低廉等特点，对多种生物样品（植物油和动物油）进行拉曼光谱分析，为建立常用生物样品的拉曼光谱数据库提供依据和参考，以便快速识别生物样品或判断其中物质成分的含量。2、研究内容对大豆油、橄榄油、亚麻籽油、青芥辣油、猪油、五步蛇油等几类生物样品，测定其拉曼光谱，分析其拉曼光谱的特性，测量和分析其生物成分，为

2、识别和分析生物样品的真伪、判断其成分的多少提供实验证据。3、对学生的要求学生要端正物理思想，明确实验目的；认真刻苦并能灵活运用所学过的有关物理知识，掌握与光谱学与光谱技术相关的实验技能；自觉主动地查阅和学习相关的参考资料和文献，主动和指导教师沟通信息，及时汇报研究过程的进展或遇到的问题；写出和合格的毕业论文。二、毕业论文的进度计划及检查情况记录表序号起止日期 计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名1 2014.11.062015.02.20开题准备，查阅相关资料和文献2 2015.02.202015.03.05对本题目做深入调研，阅读相关文献并写出开题报告。3 2015.03.052015

3、.03.25学习拉曼光谱与技术的原理并作实验设备的调试和优化4 2015.03.252015.04.20完成多种生物样品的 拉曼光谱的实验采集,进行中期检查6 2015.04.202015.04.30通过数据处理和理论分析，对结果进行对比和总结7 2015.04.302015.05.26完成毕业论文8 2015.05.262015.06.10准备答辩注：（1）表中“实际完成内容” 、 “检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。（2）毕业设计（论文）任务书一式二份，一份学院系留存，一份发给学生，任务完成后装订在毕业设计说明书（毕业论文）内。天津理工大学本科毕业设计（论文）开题报告毕业设

4、计（论文）题目 生物样品的 RAMAN 光谱研究（ 报 告 内 容 包 括 课 题 的 意 义 、 国 内 外 发 展 状 况 、 本 课 题 的 研 究 内 容 、 研 究 方 法 、 研究 手 段 、 研 究 步 骤 以 及 参 考 文 献 资 料 等 。 ） 一、课题意义本论文探索对生物样品的快速光谱测量和识别。利用拉曼光谱的快速、安全、成本低廉等特点，对多种生物样品（植物油和动物油）进行拉曼光谱分析，为建立常用生物样品的拉曼光谱数据库提供依据和参考，以便快速识别生物样品或判断其中物质成分的含量。二、国内外发展现状拉曼光谱技术就是一种基于分子对入射光的散射效应而对其进行高灵敏、高分辨率的

5、光谱测量技术，现已成为辨识中草药 1、矿物 2等被测物质成分的重要手段。目前，在检测动植物油的常用手段中，由气相色谱法 3、液相色谱法 4和质谱法 5发展起来的气相色谱- 质谱联用法 6已经成为国际上公认的标准方法。但是，其致命缺点是检测过程复杂、不易实现无损探测。三、研究内容对大豆油、橄榄油、亚麻籽油、青芥辣油、猪油、五步蛇油等几类生物样品测定其拉曼光谱，分析其拉曼光谱的特性，测量和分析其生物成分，为识别和分析生物样品的真伪、判断其成分的多少提供实验证据。四、完成本课题的过程和方法本课题分为拉曼光谱数据获取、拉曼光谱数据处理和拉曼光谱数据分析三个步骤实现。首先，通过 LR-3 型激光拉曼光谱

6、仪采集生物样品的光谱信息，获得生物样品的原始光谱。然后，根据生物样品普遍具有较大的荧光包络的特点，采用适当的基线校正的方法对原始光谱预处理，得到可以用于分析比较的拉曼光谱。最后，获取生物样品的“指纹”信息，包括拉曼峰的位置，即拉曼位移，拉曼峰的强度大小等。比较分析这些生物样品的拉曼光谱上的异同。五、参考文献1 WU Lian-zhong,Ke Wei-zhong(吴练中，柯惟中).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析),1995,15(6): 5156.2 Lu Feng, Yangting Lin, Sen Hu, L. Xu, B. Mia

7、o.American Mineralogist,2011,96(3):1480-1489.3 Hajimahmoodi M, Vander Heyden Y, Sadeghi N,et al.Talanta,2005,66(5):108.4 Zabaras D,Gordon M H.Food Chemistry,2004,84(3):475483.5 Damirchi S A, Savage G P,Dutta P C.Journal of the American Oil ChemistsSociety,2005, 82(10):717.6 LIU Yan-de, LIU Tao, SUN

8、Xu-dong,et al(刘燕德，刘涛，孙旭东，等). Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析),2010,30(11):3007.指导教师意见签字： 年 月 日天津理工大学教务处制表生物样品的 RAMAN 光谱研究摘 要本 论 文 利 用 拉 曼 光 谱 技 术 获 得 了 部 分 生 物 样 品 的 光 谱 特 性 ， 这 些 生 物 样品 包 括 植 物 样 品 和 动 物 样 品 两 大 类 。 植 物 样 品 包 括 ： 西 瓜 汁 ， 高 粱 酒 以 及 多种 植 物 油 ； 动 物 样 品 包 括 ： 鸡 蛋 清 ， 五 步 蛇

9、油 精 以 及 猪 油 。 首 先 ， 论 文 分 别对 这 几 种 生 物 样 品 进 行 了 拉 曼 光 谱 测 量 ， 获 得 了 它 们 的 拉 曼 位 移 数 值 ； 然 后 ，论 文 对 多 种 植 物 油 进 行 更 加 细 致 的 光 谱 分 析 ， 由 于 植 物 油 样 品 存 在 影 响 光 谱分 析 的 荧 光 包 络 ， 本 文 通 过 自 适 应 迭 代 惩 罚 最 小 二 乘 法 的 基 线 校 正 方 法 对 光谱 数 据 进 行 了 预 处 理 ， 获 得 了 去 除 包 络 后 的 拉 曼 光 谱 ， 进 而 对 比 了 这 几 种 植物 油 的 拉 曼 位

10、 移 和 峰 的 相 对 强 度 ， 从 而 获 得 了 辨 识 这 些 植 物 油 的 光 谱 依 据 ；最 后 ， 本 论 文 对 动 物 脂 肪 油 （ 猪 油 ） 和 多 种 植 物 油 的 光 谱 进 行 了 对 比 分 析 ，找 到 了 它 们 在 光 谱 上 的 差 异 ， 从 而 证 明 了 拉 曼 光 谱 是 一 种 识 别 不 同 油 品 的 有效 方 法 。关键词: 拉曼光谱 动物样品 植物样品 光谱分析Study on Raman Spectra of Some Animal and Plant SamplesABSTRACTThe spectral character

11、istics of different kinds of biology samples,either from animals and plants,are studied with the Raman spectroscopy.Plant samples include watermelon juice,gaoliang liquor and different plant oils.Animal samples include egg white,ancistrodon acutus olein and pork fat.Firstly,the Raman shift of these

12、samples are obtained and listed.Secendly,the experimental data of oils are processed with the adaptive iteratively reweighted penalized least squares method to realize baseline correction to improve raw spectra,which are analyzed and compared with each other with Raman shift and Raman intensity diff

13、erences used to distinguish or recognize the different edible oils.Finally,the data of the animal fat and plant oils are compared,confirming that Raman spectroscopy is an effective tool for identifying different oils. Key Words: Raman spectroscopy Aninal samples Plant samples Spectral analysis目 录第一章

14、 绪论 .11.1 拉曼光谱的原理 .11.2 拉曼光谱仪 .11.2.1 色散型激光拉曼光谱仪 .11.2.2 傅立叶变换拉曼光谱仪 .21.3 拉曼光谱的应用 .21.3.1 拉曼光谱在聚合物研究中的应用 .21.3.2 拉曼光谱在化学中的应用 .21.3.3 拉曼光谱在中草药研究中的应用 .21.3.4 拉曼光谱在宝石中的应用 .31.4 本论文主要研究工作 .3第一章 .3第二章 实验装置及实验方法 .42.1 实验装置 .42.2 实验方法 .4第一章 .4第三章 结果及讨论 .53.1 部分植物样品的拉曼光谱 .53.1.1 西瓜汁的光谱 .53.1.2 高粱酒的光谱 .63.1.

15、3 植物油的光谱 .73.2 部分动物样品的拉曼光谱 .93.2.1 鸡蛋清的光谱 .93.2.2 五步蛇油精的光谱 .103.2.3 猪油的光谱 .113.3 动物脂肪油和植物油之间的拉曼光谱比较及分析 .12第一章 .13第四章 结论与展望 .14参考文献 .15致 谢 .16天津理工大学 2015 届本科毕业论文1第一章 绪论1.1 拉曼光谱的原理当激光照射被测样品时，光子将发生弹性散射和非弹性散射，分别称为瑞利散射和拉曼散射。由前者散射出的光子的频率与入射光子的频率相同，而由后者散射出的光子将比入射光子产生频移 。当采用光栅单色仪探测上述两类散射光时，只要扫描其光栅的位置，便可获得一系

16、列以瑞利散射峰为基准的具有不同频移和强度的拉曼散射峰，从而形成被测样品的拉曼光谱。由于得到的拉曼光谱只与被测材料的分子结构有关,而与入射光的频率无关，因而被人们利用作为分析物质结构和鉴别物质种类的有效手段。1.2 拉曼光谱仪印度科学家拉曼于 20 世纪 20 年代发现并以起名字命名的拉曼效应，拉曼效应自被发现以来，研究拉曼效应的拉曼光谱仪也经历了多个阶段的发展。在 20 世纪 30 年代开始使用的初代的拉曼光谱仪是以汞弧灯作为光源的拉曼光谱仪，这种初代的光谱仪能测量到的拉曼光谱十分微弱，所以明显的限制了拉曼光谱的测量和应用。20 世纪 60 年代，激光器的发明为拉曼光谱的发展重新注入活力，因为

17、激光本身的具有单色性好，亮度高，方向性好等明显的优点，所以以汞等作为光源的光谱仪被以激光作为光源的新一代光谱仪所取代，自此以后，拉曼光谱迅猛发展，出现了多种新的激光拉曼光谱仪，常见的拉曼光谱仪有色散型激光拉曼光谱仪和傅立叶变换激光拉曼光谱仪等 1。1.2.1 色散型激光拉曼光谱仪色散型激光拉曼光谱仪是一种常见的拉曼光谱仪，它的主要组成部分包括：激光光源，样品室，色散系统，检测器和数据处理系统等五个部分。根据光谱仪的检测器的不同，色散型激光拉曼光谱仪可以分为单通道色散型拉曼光谱仪和多通道色散型拉曼光谱仪两种。其中单通道的色散型激光拉曼光谱仪主要的特点是精度高，分辨率好等优点，不足点是由于是单次扫

18、描，扫描过程花费的时间会比较长。相对的，多通道色散型激光拉曼光谱仪的优点包括反应快，效率高等。测量光谱的速度等方面明显优于单通道色散型激光拉曼光谱仪的速度，多通道色散型激光拉曼光谱仪的主要劣势是其测量光谱的分辨率不如单通道色散型激光拉曼光谱仪。本实验使用的 LR-3 型激光拉曼光谱仪是色散型单通道激光拉曼光谱仪，可以相对来说更加准确地获得光谱测量数据。天津理工大学 2015 届本科毕业论文21.2.2 傅立叶变换拉曼光谱仪傅立叶变换激光拉曼光谱是一种将数字信号变换技术与传统物理光谱仪相结合的全新的拉曼光谱技术，这项技术产生于 20 世纪 90 年代。傅立叶变换拉曼光谱仪在结构上与色散型激光拉曼

19、光谱仪有着显著的差别，其结构中，主要由激光光源，样品室，相干滤波器，干涉仪和检测器 5 部分组成。Perkin Elmer 公司于 1987 年推出世界上第一台近红外激发傅立叶变换激光拉曼光谱仪，由于是应用了近红外波段的激光照射被测物体，荧光对拉曼光谱影响较大，而红外波长的激光器照射可以在很大程度上消除荧光背景的干扰，比起以其他波段为激光器的拉曼光谱仪具有很大的优势，通过多次采集并累加的方式采集信号是傅立叶变换拉曼光谱技术比传统光谱仪先进的方面，实验测量的数字信号通常都是经过了多次采集并通过相应的方式累加，可以使信噪比明显改善。所以，傅立叶拉曼光谱技术在研究荧光背景较强的生物结构时会显示出了明

20、显的优势。1.3 拉曼光谱的应用拉曼光谱技术的出现为人们提供了一种方便快捷、操作简单且可重复的的检测物质结构的方法，只要少量的样品就可以实现准确的拉曼光谱检测，因而被广泛的应用于众多领域。1.3.1 拉曼光谱在聚合物研究中的应用拉曼光谱可以提供许多重要的聚合物结构信息。包括:化学结构和垂直结构；定量分析；结晶过程和结晶度；聚合物取向研究等 2。1.3.2 拉曼光谱在化学中的应用拉曼光谱中拉曼位移的大小、拉曼散射峰的相对强度和拉曼散射峰的形状是识别物质中化学键的重要依据，而且拉曼光谱具有偏振特性，利用拉曼光谱的退偏振性可以辨别出同分异构体 3。由于红外光谱检测物质结构需要被检测物质具有必须的红外活性，然而，实际实验的样本中，一些不具有红外活性而具有较强的拉曼活性的无机化合物，就使用拉曼光谱来确定红外光谱无法检测的结构，因而是有力地补充了红外光谱检测物质结构。1.3.3 拉曼光谱在中草药研究中的应用拉曼光谱在中草药研究中的应用包括:(1)无损地对中草药进行识别；(2)获得和分析中药的化学成；(3) 优化中药配方。由于通过拉曼光谱分析的无损性，试验样品不会被破坏，所以，无损检测对特别重要的有价值的中草药的研究帮助巨大。