拉曼光谱数据库及信息查询系统
拉曼光谱数据库及信息查询系统
第20卷第4期光散射学报V o l120N o14 2008年12⽉THE J OURNAL OF LI GHT SCATTER I NG D ec12008
⽂章编号:1004-5929(2008)04-0359-04
拉曼光谱数据库及信息查询系统
董鹍1，王锭笙1，段云彪1，周⼩芳1，赵⾦涛4，司民真5，梁⼆军2,⽅炎3，张鹏翔1 (11昆明理⼯⼤学光电⼦研究所，昆明650051;21郑州⼤学物理系，郑州450001;
31⾸都师范⼤学物理系，北京100037;41杭州电⼦⼯业学院物理系，杭州310037;
51楚雄师范物理系，楚雄675000)
摘要：随着拉曼光谱议的不断发展，尤其是便携式拉曼光谱仪的普及，与其配套的各种拉曼数据库的建⽴是⼗分重要的。⽬前⼤多数实验室都依赖进⼝仪器及其相应的数据库。因此建⽴我国⾃⼰的拉曼数据库具有重要的意义。本⽂采⽤⽬前最先进的数据库软件平台，构建了⼤型拉曼光谱数据库。本数据库包括宝⽟⽯及其填充物、原⽣矿物、，农药，打印复印墨迹、化学药剂等数个⼦数据库，总计有数千条图谱及数据信息。可以通过中⽂名称、英⽂名称、化学式、特征峰等多种⽅式进⾏查询。系统具有智能化的信息查询模块，并且⽀持模糊查询。根据最强的三个特征峰值进⾏搜索，是其区别其他数据库的显著特点。
在特征峰搜索模式中，通过依次输⼊拉曼图谱中的最强特征峰值，经过⼏次⽐对和确认可以显⽰出满⾜搜索条件的图谱，最终逼近真实结果。操作⼈员只需经过简单的培训，使⽤较低硬件配置的计算机，就能够在⼏秒钟内根据实际测得拉曼图谱，从数据库中查出与其匹配的信息，从⽽快速准确的鉴定出其构成与或所属矿物。本数据库在功能上可以不断扩展，包含的数据信息可以不断扩充。该数据库可⼴泛应⽤于公安法学，宝⽟⽯真伪，化学分析等各种物相鉴定领域。
关键词：拉曼光谱；拉曼光谱数据库；物质鉴定
中图分类法:TP392⽂献标⽰码:A
The Database of Ra m an Spectr u m and
Inform ati on Searc h Syste m
DOGN Kun1,WANG D i n g-sheng1,DUAN Yun-biao1,Z HOU X iao-fang1, Z HAO Ji n-tao4,SIM ing-zheng5,L I A NG Er-jun2,FANG Yang3,ZHANG Peng-x i a ng1 (11K un M ing science and technolo gy University,iamp e,K unm i n g650051,China;
21Zheng Zhou Un i v ersit y,Physics Depart m ent,Zhengzhou450001,China;
31Cap italN or m al University,Phy sics D e part m ent,Beijing100037,China;
41H ang Zhou electrical industry college,Phy sics D epart m ent,H angzhou310037,China;
51Phy sics D epart m ent of chux iong T eacher's colle g e,Chux iong675000,Ch i n a)
Abst ract:W ith t h e deve l o p m ent o fRa m an spectrum equ i p m en,t especially w ith the popu larizati o n of portab l e R a m an spectrum equ i p m ent1The database w ith these equip m ent beco m es ver y i m po r-tant1No w m ost labs o f China have to i m po rt Ra m an equipm ents and database for m aboard1So it s' very i m portant to bu il d our database w hich be l o ng to China1W e use advanced database so ft w are progra mm es to bu ild The Ra m an spectru m
databases1The databases have co llected nearly five
收稿⽇期:2007-06-30
作者简介：董鹍，昆明理⼯⼤学在读博⼠,E-m ai:l dongkun3000@yahoo1com1cn
通讯作者：张鹏翔1E-m ai:l pxzhang@hot m ai.l co m
光散射学报第20卷
hundreds species o f ge m s,m inera ls and filler,dr ugs,pesticide and so on1It inc l u des t h ousands of different Ra m an spectrum and re l a ted i n for m
ation1Several index m ethods such as t h e chinese na m e,eng lish na m e,che m ical for m ula and o t h er key wo r ds w ere used for searching,co mpari n g and i d entify ing of the m easured or unkno w n iter m s1It has inte lligent pr ogra m to support f u zzy search。In characteristic peaks search m ode,One can enter the t h ree m ost strong peaks to get the search resu lt1It only cost several seconds to find outw hich infor m a ti o n i n the da tabase ism atched w it h the ra m an spectrum you have m easured,The operator needn't be expert and the co m puter needn t'be very expensi v e then you can i d entify the co m position o f the m i n era l and wh ich species it be long to1The function o f the database can be enhance,and the data i n fo r m ation can be added i n to th database1The database can be used w idely i n j u rispr udence,ge m s indentify,che m ico-an-alytic etc1
K ey w ords:Ra m an spectru m;t h e dadabase of Ra m an spectrum;m ateria l inden tify
1引⾔
拉曼光谱分析在物质成分鉴定和分⼦结构分析⽅⾯具有不可替代的作⽤。与传统分析检测⽅法相⽐(如显微镜观察、测硬度、测折光率、X光、红外光谱等)，具有快速、准确、⽆损、微区分析等特点。在物质鉴定和化学分析⽅⾯具有重要的作⽤。随着技术的发展,⼩型化的便携式拉曼仪器逐渐普及，智能化的操作界⾯使得⾮专业⼈员也可以操作、使⽤仪器；
因此建⽴与其配套的各种拉曼数据库是⼗分迫切和必要的。
⽬前拉曼检测技术已经⼗分成熟，但是其配套的软件系统，尤其是在数据库应⽤⽅⾯还很不完善。我们可以通过拉曼光谱仪快速、简便的测出某未知样品拉曼图谱，但是对所得图谱的分析就要相对复杂的多。⼀般需要具有专业理论知识的⼈，凭借积累的经验或是通过复杂的分析计算，才能对该未知样品进⾏判别、鉴定。在易⽤性、准确性和⼯作效率⽅⾯存在着严重的不⾜。
基于数据库智能检索系统开发的拉曼数据库，类似于X射线衍射峰的标准卡⽚检索，可以快速准确的在数据库中搜索出与测试样品匹配的拉曼特征峰数据及图谱信息。该数据库⽬前包括珠宝⽟⽯及其填充物[1]、原⽣矿物、[2]，农药[3]，书画墨迹[4]、化学药剂等数个⼦数据库，并且不需要太多的专业知识就可以轻松使⽤和操作，适⽤于科学研究、宝⽟⽯鉴定、公安法学等多个⽅⾯。2国内外拉曼数据库的应⽤软件研究
美国Ga lacti c公司(既现今美国Ther m o公司)在拉曼光谱的应⽤软件开发上起步最早, GRAM S/32就是由其推出的。早在W indo w s95时代GRAM S/32就已经发展到了310版，在这⼀版本中就已经具有数据库搜索功能。但是由于当时的数据库软件平台的功能限制，使得其实际应⽤⼗分不便。⽬前Ther m o公司最新推出的GRAM S是810版，在这⼀版中采⽤最新的图谱识别引擎，可以直接通过拉曼图谱⽂件(SPC格式的⽂件)在数据库中进⾏检索⽐对[5]。但是由于在实际测量中所得拉曼图谱的特征峰值情况⽐较复杂，所以通过图谱曲线搜索⽅式所得的结果要么往往范围过⼤，要么会将有⽤信息排除在外。具有⼀定的缺陷。
我国在拉曼光谱研究领域已经有⼏⼗年的发展历史了，这期间培养出了⼀⼤批拉曼光谱学的专家学者，但是我们在拉曼检测仪器和应⽤软件⽅⾯还是⼀⽚空⽩。我国⾄今还没有⼀个具有国家标准级别的拉曼数据库。⽽美国、英国等发达国家，早已建⽴了诸如宝⽯矿物数据库，化学药品数据库，农药数据库等⼏⼗个拉曼数据库。这些数据库少的只有⼏⼗张图谱，多的有近两千张图谱，由不同的研究机构提供，最后整合在⼀起，形成⼀个庞⼤的拉曼数据库。
张鹏翔等⼈在中国物理学会光散射专业委员会的倡导下，曾多次提出建⽴拉曼光谱数据库的构想[6]，但因种种原因，均未落实。他与梁⼆军等⼈提出的5⼀种宝⽯矿物的拉曼识别法6已
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第4期董鹍：拉曼光谱数据库及信息查询系统
经获得国家专利。并且由梁⼆军主持构建了我国第⼀个拉曼数据库系统(由Po w er Bu il d 610编写)。由于当时的限制，该数据库在功能上不是
很完善，使⽤起来也不是很⽅便；但其为今后新
版数据库的开发制作提供了极⾼的参考价值。
Fig 11 The ma i n i n terface of the Ra m an Spectrum Database
3 基于M icroso ft Foxpr o 910的拉曼数据库
本数据库由M icr osoft Foxpro 910创建
[7]
。⽆须⽹络⽀持即可单机运⾏。其主界⾯如图1所⽰。
主界⾯由左到右依次为,/选择搜索⽅式0下拉框/选择误差值范围0下拉框,/搜索框0,/搜索全部0按钮,/在结果中搜索0按钮,/清空结果0按钮,/打印0按钮。
⾸先点击/选择搜索⽅式0下拉框，可以选择搜索模式,⽐如:/显⽰全部数据0,/按照序号搜索0,/按照中⽂名称搜索0,/按照英⽂名称搜索0,/按照化学式搜索0,/特征峰搜索0。
当您选择/按照中、英⽂名称搜索0时，只要在搜索框中输⼊您要查询的中⽂或英⽂名称即可在/搜索结果列表区0显⽰其特征峰值的列表数据,⽤⿏标选中⼀条数据将在/拉曼图谱显⽰区0显⽰其所对应的拉曼图谱。点击/打印0按钮即可打印输出数据。
系统⽀持智能模糊搜索功能,⽐如当您选择/英⽂名称搜索0时，您不需要输⼊⼀个英⽂单词的全称⽐如翡翠/jadeite 0，你只要输⼊/jad 0或者/J AD 0或者/Jad 0其中任意⼀种形式即可搜索出结果。同理当您选择/中⽂名称搜索0时，您只要输⼊⼀个/⽟0字即可列出/刚⽟0、/软⽟0、/黄⽟0、/⽟髓0等结果。特别符合中国⽤
户习惯。
选择/特征峰搜索0时,⾸先输⼊拉曼图谱
中最强峰的波数值，如翡翠的1040(单位c m -1
)特征峰，输⼊/10400(单位c m -1
)即可(如果输⼊的数据含有⼩数系统将⾃动取整)，系统将搜索到/霓⽯0、/⽯榴⽯0、/翡翠0、/绿松⽯0等结果。再次在搜索框内输⼊翡翠的次强峰波数值，如/7000(单位c m -1
)，点/在结果中搜索0马上可以过滤掉其它不符合条件的结果，从⽽定位到翡翠这⼀单⼀结果上。当然对于其它物质或是特征峰多⽽复杂的情况，只要多次搜索即可得出结果。该搜索引擎已经验证其适⽤性。
通过/选择误差值0选项，可以调整搜索结果的范围。如但您选择误差值为/20(单位c m -1)时，搜索波数满⾜/10400(单位c m -1
)条件的结果，系统将波数在1038~1042(单位c m -1
)范围内的内的结果列出，若选择误差值为
0(单位c m -1
)，则精确⽐对波数满⾜/10400(单位c m -1
)精确值的结果。
⽤户⾃定义功能:⾃然界的物质多种多样,⽬前本数据库还不能含盖所有的⽅⾯,⽤户⾃定
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义模块允许⽤户⾃⼰输⼊新测样品的拉曼数据(如：新的药品)，其中包括特征峰数据表格，和拉曼图谱。新添加的信息会包含在已有的数据库中，能够在搜索结果中显⽰，这为构建我国⾃⼰的⼤型拉曼数据库提供了平台。如图2
所⽰。
F ig12Th e User-def i ned i n ter faces
4结论
本⽂基于⽬前先进的数据库软件技术，建⽴
了我国⾃⼰的拉曼光谱数据库。该数据库包含
珠宝⽟⽯及其填充物、原⽣矿物[8]、，农药,
打印复印墨迹、化学药剂等数个⼦数据库。该数
据库操作简单，快捷易⽤。操作⼈员⽆须具备⼗
分专业的知识即可操作使⽤。该系统相⽐国外
公司的⽹络数据库[9]，具有⽆须联⽹，即可单机
运⾏的特点。结合⼩型便携式拉曼仪器可以⼴
泛的应⽤于宝⽟⽯鉴定，查缴等领域。并且
其在功能上可以不断的扩展，所包含的数据信息
可以不断扩充。
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