小麦、稻谷是我国的主要粮食作物，种植范围几乎遍布全国各地。一方面，小麦、稻谷作为一个有机的生命活体，在储藏过程中不可避免地要进行新陈代谢，势必会发生不同程度的变化，继而发生品质劣变，影响其食用价值。另一方面，随着气候条件的变化和粮食产业发展，种质资源的有效储藏和高效利用成为关注的焦点。一般来说，随着储藏年份的增加，小麦、稻谷种子的发芽率降低。因此,对小麦、稻谷储藏年份的准确判定,是保证储藏数量和质量的前提,对指导我国粮食储存具有重要的经济和社会意义。
目前小麦、稻谷储藏年份常用的鉴定方法主要包括感官判定法和各种生化类方法。感官判定法是利用人的感官或经验来判断粮食的年份，这种方法主观因素强，可操作性和重复性差，而生化类检测方法较繁琐、耗时、对检测人员的专业性要求高,不利于普及。拉曼光谱作为物质结构鉴定分析测试手段,具有准确、高效、无损、环保且对操作人员专业性要求不高等特点,成本相对较低易于普及。
拉曼散射是自然界常见的光散射现象之一。在入射的单色光的光子与分子发生相互作用时会发生弹性散射和非弹性散射。若发生的为弹性碰撞，则光子与分子之间没有发生能量交换，散射光光子只是改变了运动方向却没有改变频率，这种散射就是瑞利散射。如果发生的是非弹性碰撞，则光子与分子之间会产生能量上的交换，散射光子不仅改变了运动方向，同时由于分子振动和转动的能量传递给光子（或光子的一部分能量传递给分子），从而改变了散射光子的频率，这种散射就是拉曼散射。拉曼光谱分析技术是一种以拉曼散射效应为基础的非接触式光谱分析技术,它能对物质成分与结构进行定性与定量分析。
1）不同年份小麦粉末，2）不同年份大米粉末
样品实物如图1所示：
图1.样品实物图
1）搭建好Portman1064拉曼光谱仪，打开设备进行预热；
2）打开测试软件进行扫描和识别；
3）取适量的样品在锡箔纸上，抚平，放于拉曼探头下方；
4）调整激光功率和积分时间，使得信号值在合适的位置，进行采集，然后保存数据并记录下测试条件，测试过程如图2所示。
图2.大米粉末测试过程
图3.不同储藏年份小麦粉末的区别
图4.不同储藏年份大米粉末的区别
测试结果显示小麦、大米拉曼位移在300-1800cm-1之间存在多个明显的特征峰，400-800cm-1之间的拉曼光谱带主要为淀粉的主链特征谱带，800-1200cm-1之间的拉曼光谱带主要是CO和CC的拉伸振动和COC的形变振动，主要反映了糖苷键的指纹图谱，1200-1500cm-1之间的拉曼光谱带主要是CO、CC、COH、OCH、CH2、CH的多种振动模式，1600-1700cm-1出现的两个特征峰强度主要反映顺式和反式脂肪酸异构体含量。
不同储存年份小麦、大米的拉曼波形重复性高，难以用特定的拉曼峰判断，特征波段对应小麦、大米中淀粉、蛋白质与脂肪的含量，特征波段差异主要反映了不同储藏年份小麦、大米的营养成分差异，Portman1064拉曼光谱仪能够检测出这些营养成分差异，再结合化学计量学的方法来判断其储藏年份。
Portman1064是一款便携式高灵敏度高信噪比制冷的拉曼光谱仪，其内部采用InGaAs阵列探测器，并采用色散型的光学设计，提高了探测器的灵敏度，让仪器具备了捕捉微弱拉曼信号的能力。
相比于785nm、532nm拉曼光谱仪， 1064nm对于组织等生物样品的破坏性更小， 避开了玻璃、生物组织等很多物质的荧光发射区域， 对于很多被测物质具备低荧光背景优势。1064nm相对于可见段的532nm、785nm具备更好的穿透性， 可以穿透棕色玻璃瓶、白色塑料包装以及纸等包装材料。
本文作者：张霖
参考文献：
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[2]韩永温,郝文杰,张林行,张晓飞,吕中虎.基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统研究[J].半导体光电,2013,34(02):342-345.
[3]陈健,肖凯军,林福兰.拉曼光谱在食品分析中的应用[J].食品科学,2007,(12):554-558.
上海如海光电科技有限公司是一家专业从事光学仪器、光电类模组、光学部件等设计、研发与生产的研发型企业。
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