拉曼光譜技術在食用油檢測中的應用研究的理論基礎目錄TOC\o"1-2"\h\u289231.1研究背景及意義 1163231.2本文主要內容及結構 2298731.3拉曼光譜技術發展現狀 2食用油作為當前人們日常消費和食品加工中的重要原料，其質量與成分對于人們的身體健康有著重要影響。本課題以食用油作為研究對象，采用拉曼光譜檢測方法與化學計量學相結合，深入研究了食用油的拉曼光譜的特征及其檢測方法，為測量食用油提供了一種方法。通過分析拉曼光譜檢測的研究概況，結合實際情況，探討了拉曼光譜技術在食用油檢測的重要意義和發展趨勢；設計不同的實驗方案，配置了不同的油樣并進行了樣品的拉曼光譜檢測。為食用油的劣化分析提供了一種實用的檢測方法，為食用油的食用安全奠定了一定的前期基礎。10073688981.1研究背景及意義世界上最大的食用油生產國、消費國、進口國和出口國是中國。2017年，中國食用油消費量達到3751.5萬噸，比2016年增加近150萬噸。食用油在人們的日常生活中起著不可替代的作用。它是人們日常飲食的基本組成部分。其科學的營養成分逐漸成為社會關注的焦點。營養混合食用油由多種精煉油制成，富含多種營養成分。與傳統食用油相比，調和油的理化性質可以通過改變原料油的含量來調節。同時，食用油中脂肪酸的含量也發生了變化，這也能滿足人體的最佳營養比例。近年來，食用油市場日益多元化、差異化和高檔化。不同價格的食用油往往在味道、原料和營養成分上有所不同。人們能否食用健康安全的食用油已成為人們關注的話題。世界上已經設計并研發出了很多種類的食用油的檢測方法。但是由于儀器的開發成本，還有技術上的限制，導致這些檢測儀器在使用的過程中會受到很大的限制，比如其成本，其穩定性，檢測出的數值是否準確等問題一直都是值得我們去考慮的問題。拉曼光譜是一種難得的無損檢測的分子振動光譜，其通過激發光和物質化學鍵的相互作用，使物質分子改變了散射光的頻率形成比較明顯的散射現象，具有獨特的指紋效應，提供了被測物質的化學結構、污染雜質及分子相互作用等內部信息；拉曼光譜最大的特點，就是其光譜與入射光的頻率無關，只與被照射樣品本身的性質有關。這種對應關系使拉曼光譜得以被應用于諸多場合的物質分析與鑒別。此外，用拉曼光譜對樣品進行檢測時，無需對樣品進行預處理，在檢測過程前中后也不會對樣品造成損壞，這極大地方便了檢測流程，也降低了對拉曼光譜儀本身以外其他檢測所需條件的要求。除了可以對物質類別進行分析，我們還可以通過對拉曼光譜的強度來分析待檢測物質的濃度，這是由于線性拉曼散射過程中拉曼散射的光子數與被輻射的分子數量的正比關系。由此可見，基于拉曼光譜的物質檢測與分析在簡便的同時，又可兼顧類別與濃度的分析，可謂面面俱到。在對于有機化合物的檢測上，拉曼光譜檢測法已經發展的很成熟，此是高效方便的領先科技，憑借自身獨有的特點開始被普遍使用在眾多行業。本文就對拉曼光譜技術在食用油檢測中的應用進行探究，解決食用調和油檢測過程中樣品含量模糊、組分種類繁多、各組分對檢測結果具有相互作用等因素導致的諸多問題。879957381.2本文主要內容及結構本文主要研究拉曼光譜技術在食用油檢測中的應用，首先闡述我國食用油使用現狀以及研究背景意義以及當前食用油的常用檢查方法，并對拉曼光譜技術的應用現狀進行綜述。其次是對拉曼光譜技術檢測食用油的檢測實驗過程進行闡述，得出拉曼光譜技術檢測食用油的光譜分析以及檢驗結果。1.31893530889拉曼光譜技術發展現狀10134865301.3.1拉曼光譜原理1930年，在印度加爾各答大學工作的拉曼教授被授予當年的諾貝爾物理學獎，表彰他發現了光的散射以及以他名字命名的拉曼散射定律。拉曼散射是指當一束一定頻率的激光照射到樣品表面時，物質中的分子與光子碰撞發生能量轉移，改變了組成分子的原子團振動態，從而發射出不同頻率的光的現象。因散射光的頻率只與原子團的特性有關，不同的原子團擁有獨一無二的振動方式，因此產生的光譜又被稱作指紋光譜，可應用于物質檢測與鑒別。利用拉曼光譜可以將處于紅外區的分子能譜轉移至可見光區，便利人對其觀測，是人們研究分子結構的得力助手。圖1由圖1我們可以看到，入射光照射到樣品表面后，散射光將分為三個部分：一部分為頻率不變的瑞利散射光，另外兩部分分別為頻率變低與頻率變高的拉曼散射光。1930年，美國光譜學家.將頻率變低的散射光稱為斯托克斯拉曼散射光，頻率變高的散射光則稱為反斯托克斯拉曼散射光。在激光器出現以前，拉曼散射的強度微弱，僅為瑞利散射強度的千分之一，很難得到完善的光譜并投入實際應用。激光器的出現很好地解決了這個問題，強單色性、方向性及高強度的激光成為了獲得拉曼光譜的理想光源。圖2圖2圖3拉曼作為拉曼散射這一反常散射的發現者，又身為印度這樣在當時較為落后的第三世界國家的科學家，為科學做出了巨大貢獻，其發奮圖強、投身科研的精神令人欽佩。獲得諾貝爾物理學獎后，拉曼與其他學者一同創建了印度學院，為印度國內的科技發展打下基石。基于其發現的拉曼散射，拉曼光譜這一技術也不斷在醫療、化工、文物修復等諸多領域得到應用，推動著這些領域的技術進步與發展。拉曼光譜最大的特點，就是其光譜與入射光的頻率無關，只與被照射樣品本身的性質有關。這種對應關系使拉曼光譜得以被應用于諸多場合的物質分析與鑒別。此外，用拉曼光譜對樣品進行檢測時，無需對樣品進行預處理，在檢測過程前中后也不會對樣品造成損壞，這極大地方便了檢測流程，也降低了對拉曼光譜儀本身以外其他檢測所需條件的要求。除了可以對物質類別進行分析，我們還可以通過對拉曼光譜的強度來分析待檢測物質的濃度，這是由于線性拉曼散射過程中拉曼散射的光子數與被輻射的分子數量的正比關系。由此可見，基于拉曼光譜的物質檢測與分析在簡便的同時，又可兼顧類別與濃度的分析，可謂面面俱到。將拉曼光譜應用于本文所著重關注的人體皮膚生物組分檢測時，拉曼光譜的另一個特點也浮出水面。人體皮膚作為人體活性組織的一部分，起到保護、緩沖等重要作用，因而我們希望能在不破壞其生物組織活性的情況下進行檢測。我們知道，人體皮膚內含有共占人體內全部水量20%-30%的水，對人體皮膚做生物組分檢測時，必須考慮水的影響。水的拉曼光譜微弱（如圖4所示），且譜線簡單，幾乎不影響對其他組分的拉曼光譜檢測。水干擾小這一特性也使拉曼光譜成為醫療領域重要的研究手段。圖419753053531.3.2拉曼光譜的實際應用（1）拉曼光譜在有機化合物中的應用對于有機化合物的研究是發展的趨勢。在對于有機化合物的檢測上，拉曼光譜檢測法已經發展的很成熟了，它與其他的光譜都是互補的，例如紅外光譜。假如分子機構中存在著一個對稱的非極性化學鍵，如C-C，S-S，C=C，N=N，C=C，如果用近紅外光譜去檢測其化學鍵的波長，會發現其光譜很微弱；反而如果用拉曼光譜去檢測其化學鍵會發現用拉曼光譜檢測出的光譜很強烈。因此，一些用紅外光譜檢測不出來的或者光譜很微弱的信息，可以嘗試用拉曼光譜去檢測，可能會得到相對滿意的結果。拉曼光譜檢測裝置并不是只有在上文所說到化學鍵上有用處，對于其他的化學鍵它也可以很好的檢測出他們的存在，就比如1)對于碳氮雙鍵，碳硫雙鍵，硫氫鍵的伸縮與振動；2)對于一些對稱吸收和振動的環形化合物;3)X=Y=Z，C=N=C，0=C=0的對稱伸縮振動；[]（2）用于無機物及金屬配合物的研究拉曼光譜不僅可以對上文所述的物質進行研究，還可用于對磷酸鹽、硼酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽等無機化合物的結構和相變進行研究。在對于碳和碳的化合物、礦物質和半導體領域中拉曼光譜也很適用。碳由于原子的排列順序不同，所組成的物質也不一樣。例如石墨、金剛石，以及近代發現的球碳和碳納米管。而且由于碳的化學鍵組成有很多種，所以每種結構對應的特征拉曼光譜都不一樣，導致它的特征峰也不一樣。檢測碳原子用拉曼光譜可以得到明顯的效果。世界上有很多種類的礦物質，在對于這些礦物質的結構和組成上檢測，拉曼光譜有重要意義，所以拉曼可以用在對于一些寶石方面的鑒定。對于一些紅外光譜檢測不出的信息時，拉曼光譜卻可以檢測出來。例如，對于汞離子來說，紅外光譜檢測無法檢測出它的信息，但相反運用拉曼光譜反而可以測出它的光譜曲線。對于查閱的資料顯示，馮敏運用拉曼散射進行了對改進Lely法生長的SiC單晶質量研究[]，獲得了為6H-SiC的結構試驗樣品，其中實驗樣品中有著大部分的缺陷，包括4H-SiC晶型，首次給出了SiC的100-4000cm范圍內的拉曼光譜。Nakashima也利用拉曼散射研究了SiC晶體內部結構的缺陷[]。SiC晶體內部結構的缺陷利用X-衍射、電子掃描、離子柱分析以及在磁場中響應的光譜也可以檢測出來。程紅艷利用拉曼光譜對C60衍生物研究發現，C60衍生物的拉曼光譜有了明顯不同，說明有機官能團的出現使得C60分子的結構發生了變化[]。Prabakar利用Cd0.6Zn0.4Te多晶體所表現拉曼光譜的性質[]，分析Cd0.6Zn0.4Te多晶體薄膜的結構，拉曼散射實驗表明薄膜的表面被Te腐蝕并且被氧化，其測試結果與XPS檢測結果相一致。半導體的檢測用拉曼光譜是很有必要的[]。通過拉曼光譜檢測半導體材料將會在以下幾個方面應用相對于廣泛:首先是可以了解它組分是什么;再然后可以得到它本身結構體，為以后的研究做下的鋪墊;拉曼光譜還能得到它的溫度是多少以及該物質應力范圍是多大；于此同時還能夠分析出其中的雜質。（3）拉曼光譜在生物大分子中的研究在生物學上，也有關于拉曼光譜的應用，在對于生物高分子在一些溶液中，對于它們的結構變化，酸堿性的大小，溫度變化的大小，分子的狀態都可以運用拉曼去檢測。而且拉曼檢測這些并不需要太多的樣品，只需要一小部分，相對于其他的方法，用拉曼光譜也會顯得很有優勢。在對一些官能團的測定上，拉曼光譜有著其他方法不可媲美的地方。因為每組官能團對應的波長不一樣，所以在拉曼光譜的顯示上就會有不同的峰值。[]我們可以根據峰值的的位置來判斷其官能團是什么，通過峰值變化的大小，來判斷其含量的多少。拉曼光譜檢測檢測快速，還能進行連續測量。在具有許多優點的同時，拉曼光譜也有一些需要注意的不足之處，比如拉曼光譜會使樣品產生熒光，阻礙設備接收樣品的拉曼信號，導致測量有誤差或是檢測不出樣品特征譜線。此外，拉曼光譜檢測的靈敏度也比較低，每次都需等待加載到百分之百才行，每加載完一次數據就會更新一次。在經濟技術飛速發展的今天，拉曼光譜技術也緊跟時代的腳步在飛速發展，從最初日光，到汞弧燈，到60年代的激光技術，到拉曼探針，再到如今表面增強拉曼光譜技術[]、共振拉曼光譜技術[]、共焦顯微拉曼光