世界无烟日|拉曼光谱如何“看清”烟草中的秘密？

  每年5月31日是世界无烟日。今年的主题是 “应对尼古丁与烟草成瘾"。

烟草的危害我们都清楚，但在科研工作者眼中，烟草是一个复杂的化学体系——尼古丁含量、霉变程度、重金属残留……这些“秘密"如何被快速、准确地检测出来？

拉曼光谱，正在给出答案。

一、尼古丁含量：快速检测，无需预处理

尼古丁是烟草制品的核心成分，也是成瘾性的根源。准确测定尼古丁含量，对质量控制和监管合规至关重要。

传统的色谱法（如气相色谱-质谱联用）虽然精确，但存在样品前处理复杂、分析成本高、速度慢等问题^[1]。

拉曼光谱的优势在于：

无需样品预处理——可直接通过包装材料进行无损检测^[2]

快速定量——利用尼古丁特征峰（如1053 cm⁻¹）与溶剂峰的强度比，可在0-30 mg/g范围内线性定量^[1]。

适用多种基质——雾化液、尼古丁袋等均可直接分析

雾化产品和尼古丁袋是两种新型的烟草制品。其中雾化产品是使用的液态尼古丁溶液，常添加水果、糖果等口味吸引青少年。而尼古丁袋无需燃烧、无需的口含尼古丁产品，外观类似小茶包。世界卫生组织明确指出：雾化产品并非无害，其气溶胶中含有甲醛、乙醛等致癌物。尼古丁袋的尼古丁含量远高于传统香烟（单包可达传统香烟数倍的尼古丁剂量），且隐蔽性强，容易过量使用。两者都对青少年具有强烈吸引力，是尼古丁成瘾的“新入口"。

一项2026年发表于《Microchemical Journal》的研究表明，采用拉曼光谱结合内标法，对28种市售雾化液样品的尼古丁含量进行了测定，结果与气相色谱法高度一致，且整个过程无需稀释或前处理^[1]。

                                                          图1 来源：DOI: 10.1016/j.microc.2026.118007

另一项针对尼古丁袋的研究也证实，使用配备宽场照明（WAI）方案的拉曼光谱仪（785nm激发），可以直接透过包装材料测定尼古丁含量，准确度达到99.0%-102.3%，还能根据光谱特征对样品进行口味分类^[2]。

二、霉变预警：10分钟发现“看不见的威胁"

烟草在储存过程中极易霉变。霉变不仅影响口感，更会产生2,4,6-三氯茴香醚（TCA）等有害物质，对人体健康构成威胁。

难点在于： 早期的霉变肉眼几乎无法发现。

拉曼光谱的创新应用：

顶空-SERS技术：通过检测烟草释放的挥发性标志物（如2,3-DCA和2,4,6-TCA），可在10分钟内预警早期霉变^[3]。

可视化指标：当SERS峰强度比（1054/1035 cm⁻¹）低于0.5时，可作为霉变预警信号^[3]。

相关研究发表于《Talanta》期刊，研究者采用自组装的AuAg纳米合金芯片，通过顶空采集烟草释放的挥发性有机物，结合表面增强拉曼光谱（SERS），实现了对烟草霉变的早期预警。这一技术为烟草储存过程中的质量监控提供了全新的、快速的原位检测方案^[3]。

图2 来源：DOI: 10.1016/j.talanta.2024.126681

三、重金属筛查：30分钟完成多元素检测

卷烟纸燃烧产生的灰分中可能含有镉、铬、铅等重金属，是烟草质量安全监管的关键指标。

挑战： 传统方法需要复杂的仪器和专业的操作人员。

SERS免疫层析法的突破：

超高灵敏度：对Cd²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺的检测灵敏度分别达到1.424、0.937和1.568 ng/kg^[4]

快速高效：包含前处理在内，30分钟内即可完成检测

操作简便：使用便携式拉曼光谱仪，可在现场完成筛查^[4]

国家烟草质量监督检验中心的研究团队开发了一种基于树莓状磁性纳米颗粒的SERS免疫层析试纸，实现了对卷烟纸灰分中多种重金属的同时检测，加标回收率>90%，相对标准偏差<10%^[4]。

图3来源： DOI: 10.1016/j.talanta.2025.127929

图4 通过SERS获取尼古丁和可替宁拉曼光谱

来源： DOI: 10.1016/j.talanta.2025.127929

四、更广阔的应用前景

除了上述应用，拉曼光谱还在以下领域展现出巨大潜力：

雾化产品中痕量尼古丁类似物检测：如6-甲基尼古丁（6-MN），检出限低至0.13 μg/L^[5]

环境与生物样本分析：可检测空气中的尼古丁痕迹、人体唾液中的尼古丁及其代谢物可替宁^[6]

世界无烟日，用科学“揭穿烟草"。

一束激光，看清成分；
一次扫描，预警风险。
科技的力量，让健康更有保障。

本文为科普编译内容，参考文献已标注于文末。

参考文献：

[1]  Chen M, Yuan X, Chen S, et al. Rapid and pretreatment-free determination of nicotine in e-liquids using Raman spectroscopy. Microchemical Journal, 2026, 118007. DOI: 10.1016/j.microc.2026.118007.

[2]  Kim Y, Jeong H, Park SC, et al. Noninvasive Nicotine Quantitation and Flavor Differentiation of on! Nicotine Pouches Using Raman Spectroscopy: A Direct, Reliable, and Preparation-Free Approach. ACS Omega, 2026, 11(3): 3866-3874. DOI: 10.1021/acsomega.5c06748.

[3]  Cao J, Wang Z, Jiang Y, et al. Headspace-SERS assay for early mildewing tobacco leaves. Talanta, 2024, 280: 126681. DOI: 10.1016/j.talanta.2024.126681.

[4]  董浩, 胡兴锋, 白文龙, 等. 基于表面增强拉曼光谱免疫层析法的卷烟纸中重金属元素快速检测. 中国造纸, 2025, 44(1): 92-100. DOI: 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.01.012.

[5]  Zhao Z, Pang Q, Wang X, et al. Se-, S-, and N-doped carbon dot-based AuNPs for the detection of 6-methylnicotine in e-cigarettes by surface-enhanced Raman scattering. Analyst, 2026. DOI: 10.1039/d5an01296a.

[6]  A diverse paper sensor for the rapid determination of nicotine and cotinine traces in air, vaping liquid, and human saliva. Talanta, 2025, 292: 127929. DOI: 10.1016/j.talanta.2025.127929.