拉曼光谱强度标准化方法在防伪分析中的应用与验证研究

为解决拉曼光谱仪间信号强度不可比的问题，研究人员开展拉曼仪器"孪生化"协议研究，通过校正因子(CF)实现785/532 nm激光下有机/无机材料光谱强度标准化，QHI值达94%以上，为防伪检测提供可量化标准。

　　

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在当今伪造技术日益精密的背景下，高价值文件、药品等产品的防伪验证面临严峻挑战。传统紫外(UV)和红外(IR)光谱等检测方法多采用"通过/失败"二元判断，而拉曼光谱(Raman spectroscopy)虽能提供分子振动指纹信息，却因仪器间信号强度差异（单位：arb. units）导致数据难以直接比较。这种"拉曼孤岛"现象严重制约了该技术在跨实验室、跨设备防伪验证中的应用。

西班牙材料科学家María Fernández-álvarez团队在《Microchemical Journal》发表的研究，创新性地提出拉曼仪器"孪生化"(twinning)协议。研究人员采用便携式BWTek iRaman（785/532 nm激光）和高分辨率WITec Alpha-300 R系统，通过TiO₂/环氧树脂参考样品建立校正因子(CF)，对钾钠铌酸盐(KNN)陶瓷、聚苯乙烯(PS)及新型铝硅酸盐防伪标记(MR1/MR2)进行光谱标准化。关键技术包括：1）相对强度校正（使用NIR白光灯/可见LED）；2）主成分分析(PCA)验证；3）质量因子Q_HI=1-|A_ref-A_har|/A_ref定量评估。

3.1 仪器孪生化流程

通过功率回归分析获得CF值：相似仪器（BWTek间）785 nm激光CF=1.14，532 nm激光CF=0.4；异类仪器（BWTek-WITec）CF达10.8。证明光学效率差异可通过单一标量因子校正。

3.2 材料验证结果

KNN和PS在785 nm激光下Q_HI>90%，且不受拉曼峰位（KNN<1000 cm^-1宽峰 vs PS全谱窄峰）影响。532 nm激光下因CF差异较大，校正效果更显著。

3.3 防伪案例研究

含MR2标记的纸张(D1)在785 nm激发下显示1000-2500 cm^-1增强信号。经CF=1.14校正后，不同设备测得光谱强度匹配度达94%，PCA分析显示设备间聚类差异消除。

4. 结论与展望

该研究首次实现：1）跨设备拉曼强度定量比较；2）突破二元验证局限，支持标记物浓度编码；3）建立CWA 18134:2024标准协议。未来可通过定期CF校准（应对仪器漂移）和机器学习结合，构建分布式防伪验证网络。正如作者José Francisco Fernández强调，这项"拉曼计量学"突破为药品溯源、货币防伪等领域提供了新的技术范式。