拉曼光谱仪应用：开启危险化学品应急检测的"分子指纹"时代

在化工生产、仓储运输、实验室操作等场景中，有机溶剂泄漏、混合污染等突发事件频发。据应急管理部统计，2023年我国危险化学品事故中，约42%涉及有机溶剂的误用或意外暴露。传统检测手段如气相色谱（GC）、气质联用（GC-MS）虽精度高，但存在设备笨重（平均重量＞30kg）、前处理复杂（单样品制备需30min以上）、抗干扰差（如水蒸气影响色谱柱效）等缺陷，难以满足"黄金1小时"应急响应的核心诉求。

拉曼光谱技术凭借其非接触、无损检测、抗水干扰的特性，正在重塑应急检测技术格局。特别是针对沸点低、挥发性强的有机溶剂，其独特的分子振动指纹识别能力，可在数秒内完成物质定性，成为现场快速筛查的"破局利器"。

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技术原理

拉曼光谱技术作为分子振动光谱的一种，它通过检测物质分子极化率的变化，直接获取分子结构信息，具有三大核心优势：

• 快速检测：无需样品前处理，可快速完成光谱采集与数据库匹配；

• 便携高效：便携式设备重量＜2kg，支持现场快速部署；

• 抗干扰性强：不受水分、浑浊度影响，适用于复杂工况环境。

上海基于十几年光谱技术积淀，推出RMS3000便携式拉曼光谱仪，针对工业应急检测场景深度优化，成为破解未知有机溶剂快速筛查难题的“硬核装备”。

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技术优势

RMS3000便携式拉曼光谱仪在核心性能上实现三大突破：

采用785nm稳频激光器（功率动态调节范围50-500mW），具备高灵敏度的优势。

RMS3000便携式拉曼光谱仪体积小巧，重量轻，便于携带至事故现场，满足应急检测的便携性需求。

仪器能够在短时间内完成样品的拉曼光谱采集和分析，识别速度小于1分钟，确保应急检测的时效性。

无需对样品进行复杂预处理，直接通过透明容器或包装进行检测，避免样品污染和操作风险。

内置丰富的拉曼光谱数据库，结合相似度匹配（HQI）、逆检索峰位匹配等算法，能够快速准确地识别化学品，识别准确率高。

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应用领域

3.1 突发中毒事件现场检测

在化工厂泄漏、实验室误触等场景中，可直接透过透明容器采集光谱，从自建库中匹配未知溶剂，快速锁定毒性成分（如丙酮、苯系物等），为医疗急救提供精准毒理依据。

3.2 危化品运输安全筛查

针对物流仓储中的不明液体，传统检测需开箱取样，耗时耗力且存在暴露风险。支持非接触式检测，通过 “光谱扫描-数据库比对-风险分级” 三级流程，快速识别易燃易爆溶剂（如乙醚、甲基丙烯酸甲酯），助力海关、安检等部门实现高效安全管控。

3.3 工业生产过程监控

在涂料、医药中间体合成等工艺中，实时监测反应液成分至关重要。可集成至生产线，通过在线光谱采集，动态追踪溶剂残留（如乙醇、正丁醇），结合智能算法预警异常组分，助力实现 “零事故” 生产目标。

3.4 环境应急污染溯源

当水体、土壤遭受有机溶剂污染时，传统检测需复杂前处理且周期长达 24 小时。支持现场原位检测，直接识别卤代烃（如三氯甲烷）、苯系物等特征峰，为污染范围划定与溯源治理提供即时数据支撑。

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解决方案

拉曼光谱仪主机：内部含激光器和光谱仪。激光器用于产生稳定的激光光源，以激发样品产生拉曼散射；光谱仪用于接收拉曼散射信号，并分离不同波长的拉曼散射光，以获得最终拉曼光谱图。

采样附件：用于放置样品，确保在测量过程中样品位置稳定，以获得稳定的拉曼信号。

计算机及软件：通过 USB 等通讯接口与光谱仪主机相连，用于控制光谱仪的参数设置、数据采集和处理分析等，可实现拉曼光谱测试及数据处理，包括一键采集光谱、数据分析、导出光谱数据、光谱降噪平滑、荧光基线拟合、去基线功能（AirPLS），提供拉曼谱峰位识别、标识功能、提供拉曼谱峰宽度，峰面积计算等功能。

将拉曼光谱仪主机置于平稳、洁净的实验台上，连接电源适配器并打开开关，预热至稳定状态；将光纤探头的光纤与光谱仪主机相连，并确保牢固无松动；用USB线连主机与计算机，打开软件设置合适的测量参数；把样品移至拉曼探头下方；调节支架使激光聚焦在样品上，并将支架固定于样品拉曼信号最强的点，此时即可开始测试。此外，设备支持与手机连接，进行现场检测采集。

图1 系统搭建示意图

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应用案例

在文献《突发事件中未知有机溶剂的拉曼光谱筛查策略》中，研究团队使用由的RMS1000设备构建了33种有机溶剂的专属数据库。通过自建拉曼光谱数据库，结合相似度匹配和逆检索峰位匹配算法，仪器能够快速准确地识别纯有机溶剂，识别速度小于1分钟，准确率超过96.7%。在混合溶剂的检测中，仪器对拉曼响应相近的组分（如二氯甲烷和四氯化碳）表现出良好的识别能力，而对拉曼活性差异较大的组分，可通过优化参数或人工筛选进一步提高识别率。

自建包含33种常见有机溶剂的拉曼光谱数据库，涵盖烷烃、卤代烃、醇类、酮类等类别，记录特征峰位、强度及仪器参数。具体的识别路线如下图所示：

图2 有机溶剂拉曼光谱识别路线

每种有机溶剂的拉曼光谱具有专一性，由多个特征峰构成，每个峰对应特定的分子键振动。使用由提供的RMS1000拉曼光谱仪对纯物质和混合物有机溶剂进行鉴别。

• 正烷烃：特征峰对应CH?CH?扭转、C-C伸缩等。

• 环己烷：特征峰对应六元环的“呼吸”振动。

• 卤代烃：特征峰对应剪式振动、对称伸缩振动等。

• 醇类、醚类、酮类、酯类、苯系物：各有其特征峰，如C-O伸缩振动、C=O伸缩振动等。

220~280 cm?1对应CH?-CH,扭转、885~1132 cm?1对应C-C伸缩、1 174~1411cm?1对应亚甲基面外摇摆、1473~1446cm?1对应甲基和亚甲基面内HCH变形、2 849~2 861cm?1对应亚甲基对称的C-H伸缩、2 912~2 929 cm?1对应亚甲基反对称的CH伸缩。见图3。

图3正烷烃类拉曼光谱曲线

2879~2852 cm?1为亚甲基CH?,的对称伸缩、806 cm?1为六元环的“呼吸”振动。见图4。

图4环己烷拉曼光谱曲线

 二氯甲烷284 cm?1对应剪式振动、706 cm?1对应对称伸缩振动;三氯甲烷259cm?1对应简并变形、365 cm?1对应对称变形、671cm?1对应对称伸缩振动、760 cm?1对应简并伸缩振动;四氣化碳217 cm?1对应简并变形、312cm?1为简并变形、461 cm?1对应对称伸缩振动、767cm?1和794 cm?1对应简并伸缩振动。见图5。

在图谱中有?(C=O)振动峰，乙酸乙酯1 734 cm?1来源于?(C=O)振动；甲基丙烯酸甲酯1 639 cm?1、1720 cm?1来自?(C=O)振动。见图6。

图6 酯类拉曼光谱曲线

拉曼光谱技术结合自建数据库，能够快速、准确地识别未知有机溶剂，特别适合突发事件中的现场应急检测。HQI匹配和逆检索峰位匹配模式适用于纯有机溶剂的快速识别，识别速度快且准确率高（>96.7%）。混合物谱析模式在组分拉曼响应相近时识别效果良好，但在组分响应悬殊时存在局限性。自建数据库的灵活性和经济性使其成为实验室应急检测能力储备的重要工具。未来，随着便携式拉曼光谱仪的普及（如RMS3000），该策略有望成为工业安全、公共卫生等领域突发事件处置的核心技术手段，助力构建 “快速识别-精准决策” 的应急检测闭环。

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