华南理工大学分析测试中心等单位提出原创的拉曼光谱增强方法

近日，由华南理工大学分析测试中心、材料科学与工程学院、物理与光电学院等单位合作的文章Ionic-wind-enhanced Raman spectroscopy without enhancement substrates被分析化学领域顶级刊物Analytical Chemistry录用发表。在审稿过程中，审稿人尤其肯定了本文的原创性和应用潜力。

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拉曼散射（Raman scattering）是光的一种非弹性散射现象，入射光子与样品分子不同振动模式之间交换不同能量从而形成拉曼光谱（Raman spectroscopy）。拉曼光谱对于分子间的非极性振动非常敏感，可有效表征分子结构，也可测量应力、温度等物理参数。但由于拉曼光的强度比荧光低好几个数量级，因此拉曼光谱受荧光的干扰非常严重。人们通常可通过改变激发波长来尽量避免荧光，但这往往意味着功率的大幅增加，故目前很多强荧光、对温度敏感的样品尚无有效的拉曼光谱检测方法。尤其是文物考古、火星探测等前沿领域，更是希望拉曼光谱检测方法不仅要尽量克服荧光干扰，还需同时满足原位、无接触、无污染、无损、简便等苛刻要求，对于现有的拉曼光谱检测方法来说，仍属空白领域。

本研究成果报道的离子风增强拉曼光谱（Ionic-wind-enhanced Raman spectroscopy, IWERS）是一个原创的方法，可以在显著提高拉曼谱峰信噪比的同时，实现完全无损、无污染、无接触的拉曼光谱检测，满足前沿领域的苛刻要求，从而为拉曼光谱的工具箱提供了新的工具。研究人员对多种样品进行了检测，包括带有强烈荧光的文物、琥珀和火星岩石模拟物样品，均有效提取了拉曼峰，达到了预期目的。IWERS方法完全无损、无污染，有广泛应用的潜力，有望在文物考古、行星科学、生物医学、软物质等领域发挥重要作用。

IWERS方法可以有效提取弱的拉曼峰，因此存在谱峰识别的规则问题。本文同时提出了拉曼谱峰识别的判据，主要依据给定峰位的二阶导数和信噪比来判断，并进行了数学证明。研究人员通过计算发现，拉曼谱峰的两种常用线型——高斯线型和洛伦兹线型各自的二阶导数之比均为常数，这为判据提供了充分的数学基础。事实上，该判据并非附属于IWERS方法，而是可以独立应用。作者团队已经单独应用该判据分析了考古部门提供的拉曼光谱图，为考古报告提供了有力的证据支撑。

本成果第一作者兼通讯作者为分析测试中心梁庆优高级工程师，共同通讯作者为材料科学与工程学院龚湘君教授与邓春林教授、分析测试中心杨贤锋教授级高级工程师，合作单位包括西湖大学、中山大学、中国国家博物馆等。研究同时得到了国家自然科学基金、广州市基金、中央高校基本科研业务费（交叉科学方向）的支持。

华南理工大学分析测试中心致力于为全校提供优质高效的分析测试服务，通过对前沿领域的深入研究，增强中心在分析化学学科的影响力，推动学科发展，助力学校的高水平成果产出。