毒品的快速检测在抑制毒品的传播, 打击毒品犯罪方面有着举足轻重的作用。 表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有指纹识别、 检测速度快、 样品用量少、 无损伤等众多优点而受到了关注, 其特点特别适合于公安机关现场快速检测执法。 本文利用金纳米粒子溶胶作为增强试剂对拉曼光谱进行增强, 制作1 μg·mL^-1的苯丙胺、 氯胺酮、 芬太尼、 海洛因、 可卡因和甲基苯丙胺六种溶液, 毒品溶液、 增强试剂、 NaCl溶液的体积比为20:6:5混合, 取30 μL混合溶液滴在载玻片表面, 在空气中自然挥干后待检。 每类毒品溶液各制作5个样本, 每个样本随机采集10个点的拉曼光谱数据。 6种毒品溶液拉曼光谱数据共300组, 随机选择60组拉曼数据作为训练集, 利用训练集数据对模型进行训练。 其余240组数据作为测试集, 测试模型的分类效果。 经过预实验比较, 实验选择波长为785 nm激光作为激发光源, 采用50×物镜, 激光强度为3.0 mW, 曝光时间为0.2 s, 扫描次数为1 000次, 选取400~1 700 cm^-1波段测试研究。 采用Savitzky-Golay方法对拉曼数据进行平滑降噪, 采用airPLS方法进行基线校正, 完成数据的0-1归一化。 利用主成分分析法、 方差筛选法、 遗传选择算法、 互信息法对数据降维处理, 通过支持向量机、 随机森林、 人工神经网络和最近邻四种算法分别进行建模训练, 并利用测试集数据测试模型分类效果, 重复10遍取平均准确率。 结果表明, 拉曼光谱数据经过PCA降维后, 选取5个主成分, 各分类器准确率都在95%以上。 另外三种波段选择方法中, 遗传选择算法结合SVM分类器准确率较高, 遗传选择算法筛选出的5个拉曼波段的组合, 分类准率已达到95%以上, 25个拉曼波段组合时, 准确率达到99%。 遗传选择算法作为波段选择算法, 不仅可以降低拉曼光谱采集数据的维度, 而且可解释性更强, 有更重要的意义, 为毒品的快速检测技术提供参考。

建立了一种使用显微拉曼成像光谱仪检验发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物的方法。 取警用仿9×19巴拉贝鲁姆手枪弹发射药颗粒和“QSZ92式”9毫米手枪发射药燃烧后的产物, 同时提取射击者手部射击残留物、 枪管内射击残留物和目标靶物上射击残留物。 使用显微拉曼成像光谱仪对采集的发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物样本进行拉曼检测。 实验中发现检测上述样品宜采用455 nm波长激光, 此波段激光可有效避开荧光的干扰; 激光强度选择6.0 mW, 该能量下拉曼强度可达到最大, 与其他杂峰有较好的区分; 同时观察物镜选择50倍条件, 该倍数条件下, 可看到待测样本的微观形态特征, 也可以最大程度的吸收拉曼信号。 采用以上参数, 待测样本获得的拉曼信号效果最好。 拉曼光谱的检测谱图结果证明发射火药、 火药燃烧后成分和其他部位提取的射击残留物主要成分基本一致, 这些成分主要来源于待测样品中的有机成分部分。 火药燃烧后成分和其他部位提取射击残留物的某些部分拉曼强度相对于发射火药有所下降和变化, 实验中荧光现象有所加强, 证明了射击后某些特定的成分会发生变化。 50倍物镜条件下, 微观形态可比性强, 发现待测物表面存在表面黑亮、 塌陷空洞和裂缝等特点, 这些特点可视为不同类型待测样品的典型微观形态特征, 也可作为判定射击残留物的有力证据。 该方法可利用拉曼光谱对发射火药、 火药燃烧后产物和射击残留物进行无损检验, 符合当下光谱检验和法庭科学对此类样品的检验要求。 同时方法的灵敏度高, 分析速度快, 操作简便。

血痕的种属鉴别在刑事技术和检验检疫等领域有重要的实践意义, 拉曼光谱技术为血痕种属鉴别提供了思路。 实验采集人血及猪、 鸡、 鸭、 牛、 鼠5种动物的血样并获取其拉曼光谱, 采用Savitzky-Golay方法平滑降噪, airPLS方法进行基线校正, 选取100~1 700 cm^-1波段进行实验。 训练集有600组数据, 测试集有300组拉曼光谱数据。 第一部分实验对比了PLS-DA, LDA, PCA+LDA, SVM和PCA+SVM等方法, 测试集准确率分别为84.0%, 49.3%, 78%, 83.0%和85.7%, 验证了降维算法结合SVM分类器的有效性。 第二部分采用互信息算法、 遗传算法和等间隔组合三种波段选择算法, 结合SVM分类器做对比实验, 结果显示互信息结合SVM算法的分类准确率最优, 在选择波段数为50时, 测试集准确率达到86.0%。 在波段选择数为300时, 三种波段选择算法结合SVM分类器的准确率都达到93%左右, 大幅高于传统分类方法。 实验结果表明, 采用波段选择算法进行光谱降维, 可以有效的提高算法的准确率和鲁棒性, 同时使拉曼光谱种属鉴定的可解释性更强。 波段选择算法确定了血痕鉴别的关键波段位置, 对设计用于执法的便携式拉曼系统也有重要意义。