分析思考拉曼光谱在DNA、蛋白质检测及墨迹鉴定中的应用

李星亮

拉曼光谱是一种可以通过定性分析，对气态、液态、固态三种物质进行准备判断性质属性的一种技术。这种技术由于其特性，被广泛应用在证物鉴定方面，由于其在鉴定证物方面的简单有效，加强对拉曼光谱技术进行深入研究十分必要。本文主要通过利用拉曼光谱原理对不同环境下的DNA、蛋白质以及墨迹进行研究分析，探究拉曼光谱技术的作用效果。

拉曼光谱简述

光散射现象在自然界当中经常会见到，也就是一束光线在照射到介质环境上时，绝大多数的光线会被介质环境通过反射或者是透射的方式释放出去。但是同样还有一部分的光线会被散射到宇宙空间当中。天空呈现出蓝色的情况，早晚天空会有红霞以及大海出现深蓝色的场景，瑞利散射已经诠释了这些由于大气、海洋对阳光造成的现象。当然，散射现象并不只有这一种，同样受到空气中存在的不均匀的颗粒或者介质引起的散射被称为丁铎尔散射。其与前者瑞利散射在频率以及入射光频率上基本相同。除此之外，德国的著名科学家Smeka 在其理论中成功的预言了光具有非弹性散射的理论。而印度的著名物理学家Raman则在其论文中提及了非弹性散射，而后又在反复的实验当中成功证明了这种非弹性散射现象。Raman 将这种非弹性的散射现象称为弹性碰撞和非弹性碰撞。在1928年的时候，Raman 首先在液态苯当中发现了非弹性散射。之后俄国科学家LARDSBERG 以及Mande 同样在石英当中也发现了这种光的散射现象。并将其命名为联合散射光谱。法国科学家CAB 进一步证实了Raman 的理论和实验结果。Ps 并对Raman 的发现撰文加以论述，分析和研究了Raman 的发现，并称这种现象为Raman 效应。随后有关于Raman 效应的论文陆续发表。在之后的两年时间当中又陆续有近175 篇论文发表，内容全部是关于Raman 效应的。Raman 也因此得到了诺贝尔物理学奖，这也是亚洲获得的首个诺贝尔科学奖项。散射辐射光谱系统中，除了具有与入射光线频率相同的散射光线之外，还存在更多的光线谱系。R 散射光线产生是因为分析发生震动引起的散射。这种发现同样被称为了拉曼线或者是拉曼带。综合起来，这种光谱就被成为了拉曼光谱。这是一种绝对波数小于入射波数的一种斯托克斯带。相反则被称为反斯托克斯带。

拉曼散射理论中的量子理论分析

现在，假设单色光在作用于分析的过程中，频率表示为V。那么单色光作用下的分析可能出现弹性碰撞或者是非弹性碰撞现象。基态状态的分子则会呈现出能量为加的情况。而入射情况下的光子激发并会跃迁至另外一个受激状态。并将能量吸收。

拉曼光谱效应主要特征

1）自然界当中每一种物质或者是分子都会具有属于自己的拉曼光谱特性。这种拉曼光谱特性可以表示为该种物质的表征。

2）一种物质的拉曼光谱频率特征与入射光频率之间并没有明显的关联，因为拉曼散射属于瞬时的。当入射光消失的时候，拉曼散射也会消失。

3）拉曼光谱本身的线宽会很窄，基本上出现的形式是双数出现，也就是以正负频率出现的。相对于入射光线较短的波长被称为反斯托克斯线，较长的一边则被称为斯托克斯线。

4）拉曼光谱频率位移发生时，其数值往往浮动在0～400 个波束之间。

5）通常情况下，拉曼频率位移应当属于分析结构的内部震动或者是转动的频率。而有些时候，这种频率位移则又与红外吸收光谱之间产生位移上的重叠，前提是波束范围相同。

图1 拉曼光谱的散射能力图

6）从拉曼光谱谱线强弱度以及偏振情况考虑，发现谱线之间存在着明显不同的性质。

7）量子论中的观点认为拉曼光谱效应产生主要是因为光子与分子之间发生了非弹性的碰撞，进而形成的。物质分子在做拉曼散射的过程中，同样会有一些比拉曼散射更加强的瑞利散射伴随发生。这种波长会与入射波长一样。

8）拉曼散射主要存在于一切事物的分子当中。

拉曼光谱实现的技术特点

1）如果实际工作过程中对测试样品没有选择新要求，那么工作人员既可以选择液体，固体，同时还可以选择气体。如果对样品量没有严格要求的话，这种技术就能够适用于痕量以及微量的研究。这是其典型优势。

2）样品无损分析的时候，无论是珍贵样品还是稀有样品都是适合包裹体测量的。

3）对于散射样品通常是可以放在玻璃之城的样品池中，这是因为在见光区域拉玻璃是不会吸收拉曼散射光的。

4）水溶液中的样品可以直接测量，这是因为水本身就是一种拉曼散射很弱的物质，在实际测量过程中几乎可以不用考虑水分子振动对样品产生的影响。

拉曼光谱的应用

DNA 研究中拉曼光谱的应用

DNA 在生物遗传信息中起载体作用，为生物遗传提供物质方面的基础。DNA 分子的组成：碱基、磷酸和脱氧核糖核。其中碱基又包括以下几种嘌呤和嘧啶：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。目前公认的DNA 双螺旋结构空间构型主要包括A、B、C 等。在研究DNA 损伤的影响因素时，需要对紫外线、药物、温度、γ 射线和高能质子等因素影响下的DNA 进行分子水平上的研究。随着细胞研究工作的逐渐渗入，许多专家学者开始重视DNA拉曼光谱的研究。在DNA 损伤影响因素研究过程中，通过对作用前后的DNA 拉曼光谱分析比较，可获得DNA如下信息：①整个DNA 骨架震动和转动信息；②A、C、G、T、脱氧核糖信息；③空间构型变化信息。

拉曼光谱在蛋白质研究中的应用

蛋白质会不断同外界进行新陈代谢，它是生命物质的基础。氨基酸首尾相连形成共价多肽链，这些共价多肽链直接构成蛋白质分子。对蛋白质进行拉曼光谱研究，可得到如下宝贵信息：①蛋白质相关芳香族基团组成氨基酸信息，包括色氨酸吲哚、苯丙氨酸单基取代苯基环及酪氨酸对羟基环等信息；②色氨酸吲哚及酪氨酸对羟基环存在形式随微环境变化的相关信息；③β-折迭、α-螺旋、β-回折和无规则卷曲等二级结构信息。此外，还可以进一步将溶菌酶用不同PH 值的酸处理，再进行拉曼光谱测试，进而分析酸对蛋白质二级结构和相关环境的影响。

拉曼光谱在墨迹鉴定研究中的应用

我国近年来民事纠纷和经济犯罪案件有逐渐增多的趋势，各种重要的档案或者是证据都存在着被伪造的可能，票据、合同、文件、日期以及内容是经常被伪造的内容。这些东西一旦被伪造就会对案件审理造成一定影响，在实际工作过程中为了有效快速准确地检验文件中墨迹的真伪就需要加强对拉曼光谱法的应用。当前这项技术在墨迹鉴定中已经得到了广泛应用，同时还取得了良好效果。采用拉曼光谱法可以直接对样品进行鉴定，鉴定之前无需进行任何处理。这是这种方法的明显优势。工作人员采用显微拉曼光谱方式对当前市面中常用的三种不同类型笔的墨迹进行了鉴定。这三种笔分别是蓝色圆珠笔、黑色签字笔以及黑色圆珠笔。通过工作人员的认真分析，就会发现这三种墨迹之间的拉曼谱峰是存在较大差别的。即便是同一类型不同品牌的笔产生的墨迹所具有的拉曼谱峰也是不同的。正是因为具有这样的特点，实际工作过程中应用拉曼光谱法就可以对各种类型不同品牌的墨迹做出科学地辨别。今后应该加强这方面的应用。谭红琳等对市场上常见4 种品牌的碳素笔笔迹采用拉曼光谱法进行了鉴定。实际鉴定过程中谭红琳等人主要是利用氩离子激光器来进行鉴定处理。这款激光器本身的波长能够达到514mm，经过专门鉴定，工作人员发现四种碳素笔的拉曼光谱均呈现出了不同特点。徐彻等则着重对黑色圆珠笔油墨进行了鉴定，在实验过程中为了证明效果，工作人员选择了多种激光器来进行鉴定。实验过程中主要是采用了半导体激光器、氩离子激光器、氦氖激光器。应用这三种激光器对3 种笔墨进行鉴定后发现，3 种黑色圆珠笔油墨拉曼光谱的差别是非常明显的。

结语

综上所述，本文针对拉曼光谱在DNA、蛋白质以及墨迹鉴定应用问题上进行了简要的分析，探究了上述三种情况下的拉曼光谱研究。司法鉴定过程中采用拉曼光谱也十分普遍。另外就是民事纠纷案件中经常出现的合同、票据鉴定需要采用拉曼光谱对墨迹进行鉴定，这些都是拉曼光谱的实际应用情况分析。因此，大力发展拉曼光谱研究意义重大。