1.简介
拉曼光谱（RS）是一种众所周知的技术，用于鉴定固态、液态或气态材料的结构和成分。拉曼光谱对宏观和微观材料的分析能力使得该技术成为许多应用中唯一合适的技术，例如材料非常昂贵或稀有（Larkin，2011
). 最近，由于表面增强拉曼光谱（SERS）的发展，RS已成为生物和生物医学科学（Mohs等。, 2010; 尼玛等。2014年; 比尔曼等。, 2009; 巴特勒等。, 2016). SERS使拉曼强度增加了几个数量级（高达1010–1014)从而克服了拉曼散射的传统缺点，甚至可以进行单分子检测（Beermann等。, 2009; 克鲁格等。, 1999; 鲁尔等。, 2017; 安德烈欧等。, 2015).
拉曼光谱的日益普及源于其简单的采样方法和快速的响应。样品，以粉末、晶体、纤维、薄层、凝胶、溶液的形式等。，可以用最少的准备进行研究。为了使这项技术更具吸引力，近年来，人们多次尝试开发用于分析表面的微型拉曼系统，这些努力为探索火星表面等铺平了道路。事实上，拉曼光谱仪是由欧洲航天局和俄罗斯Roscosmos国家公司（Rull等。, 2017). 在本项目中使用拉曼光谱的原因是为了提供与火星上目前或过去生命特征有关的潜在有机化合物的直接信息，以及火成、变质和沉积过程的一般矿物学信息，特别是与水有关的地质过程。为了解决这些外部生物和地球化学问题，项目办公室选择了不同分析方法的组合，遥感是由四种仪器（红外光谱、多光谱成像仪、有机分子分析仪和拉曼光谱）组成的分析套件的一部分。
为了最大限度地利用从特定材料、RS和其他分析技术（如IR和/或X射线荧光（XRF）光谱和X射线衍射（XRD）可以相互补充。SOLSA项目正在开发一个组合系统(https://www.solsa-mining.eu)由欧盟2020年原材料计划中的欧洲联盟牵头。本项目旨在构建一个专家系统，将首次声波钻探和自动化在线实时矿物和化学分析与离线组合XRD–XRF–Raman分析集成在一起。一个集成的智能数据架构和软件将把大数据转换为可操作的数据（杜埃等。, 2017). SOLSA专家系统是为未受破坏的钻芯设计的，并将针对红土镍矿进行验证。采矿和冶金公司迫切需要此类专家系统，以加快勘探和开采，并确定选矿的地质冶金参数。如今，矿物学分析只能通过单一技术进行，例如高光谱成像或XRF（Secchi等。, 2018; Haest公司等。, 2012; 罗奇等。, 2011). 不同分析仪器的耦合仍然是我们实验室正在进行的技术挑战（塞奇等。, 2018).
拉曼光谱和XRD是互补的分析方法，是提供目标物种（杜埃）化学结构和官能团相关信息的有力工具等。, 2019; El Mendili公司等。, 2012, 2016). 由于它们的互补性，每种技术都提供了特定的化学信息，一旦耦合，就可以同时收集长短结构阶的综合结构信息，而不会丢失任何重要的化学信息。此外，RS克服了XRD的局限性，例如，当X射线方法无法检测到信号时（稀释物质、弱散射、不利的X射线对比度……）。RS也有一些局限性，主要是源于样品在激光激发下产生的荧光发射。RS和XRD的互补性还在于它们不同的探测体积。前者通常仅限于微米大小的探针（尤其是使用光学显微镜时），提供了较大的相位检测能力，但缺乏宏观尺度的准确量化。相比之下，XRD及其相对宏观的探针能够更好地实现相位量化，但对材料体积中存在的少量相位的敏感性要低得多。
因此，将XRD–RS分析与拉曼和XRD数据库相结合，将提供前所未有的能力，从这两种技术的互补信息中获益，从而对材料进行更深入的理解和描述。XRD–拉曼分析产生衍射图案和拉曼光谱，可以将其与开放数据库进行比较，以提供有关晶体结构以及所检测材料的振动动力学。对于化合物混合物，可以量化每种化合物的相对量。
本文提出了一种新颖的拉曼开放数据库（ROD；https://solsa.crystallography.net/rod)介绍和描述。它代表了高质量未校正拉曼光谱的集合，目前包含1100多个与500多个不同相位相关的条目。它与其他开放数据库如晶体学开放数据库（COD；https://www.crystallography.net/cod). 这一新型数据库的完全开放性使得ROD可以被世界各地的任何人、学术界人士、工业界人士和公众自由、完全地使用。
2.结果
2.1、。ROD的当前状态
目前，该数据库包含约1100个标准条目到岸价格与500多个不同阶段（10个月内超过1000条记录）相关的数据格式。它的发展和成功完全取决于社区未来的贡献，通过数据上传或/和提供改进方面的帮助。访问ROD项目网页(https://solsa.crystallography.net/rod/)了解更多详细信息。
ROD网站的设计与COD网站类似。搜索工具和沉积子程序已适用于拉曼光谱内容。已经开发了DDLm字典的临时版本，以描述拉曼光谱实验的本体（Spadaccini&Hall，2012）). 咨询委员会（AB）正在建设中，审查志愿者和该领域专家的申请。
2.2. ROD数据库的内容
ROD数据库旨在处理实验和理论拉曼光谱。将收集所有类型的材料（有机和无机材料、矿物、聚合物、金属、陶瓷、颜料、药物、核材料、危险材料……），以提供最大可能的单相光谱集，用于识别材料。如果实验和模拟拉曼数据符合某些质量标准，并且提供了足够的实验细节，则可以接受这些数据。
模拟光谱主要用于无法以足够纯度生产的相。然而，由于拉曼光谱计算仍然非常耗时，例如，使用密度泛函理论等第一性原理方法，仍然没有常规使用从结构文件（如从COD可访问的文件）进行自动识别。模拟光谱不能提供准确的信息，尤其是对于包括过渡元素的相，尽管这些理论方法非常有用，但它们不能完全替代实验数据。与实验数据相比，仿真数据还提供了仿真中所包含模型的良好测试用例。另一方面，实验数据包含仪器贡献，可以提供同一样品的不同拉曼光谱。这意味着在入射波长、光谱分辨率、光学检测、偏振状态方面，对给定相位采用尽可能多的仪器布置来收集光谱等在这方面，仿真也可以提供富有成效的互补性。如果了解这些限制，则可以使用ROD数据库进行相位识别。
在AB的监督下，ROD只提供高质量和可靠的拉曼数据。这些数据可以来自同行评审的出版物，也可以来自个人数据通信，这些数据已经由知名拉曼专家进行了测量和分析。ROD中的每个条目（与唯一的ROD ID代码关联）都与一个.杆文件，对应于一个样本的一个阶段。对于已发布的数据，条目直接合并给定阶段/样本组合的发布数据。因此，一份出版物可以产生多份.杆文件，并且在每个文件中都仔细记录了出版物。此外，对于个人通信，在每个.杆记录测量日期、作者和实验条件。然后，可以跟踪不同操作员在不同仪器配置和分辨率下随时间周期测量的样品。
这些信息通过在线沉积过程进行记录。允许初始存款人修改条目并添加注释，系统会自动对其进行版本控制。
所有ROD数据都是公开可用的，可以单独使用.杆在线搜索表单或存储库中的文件。数据被发布到公共领域。
2.3. ROD咨询委员会
ROD由咨询委员会管理，咨询委员会由世界著名的Raman和编程专家组成，他们的名单在ROD首页上可见。
AB成员讨论并决定数据库的范围、组织、质量标准和开发、科学标准、维护等目标是创建一个免费开放存取的高质量科学数据库。建立管理邮件列表是为了决策和投票。
该AB尚未结束，如果其他专家愿意积极参与ROD的发展，如数据上传、管理、字典开发和镜像，欢迎他们申请。
新的AB成员可以自行申报或由AB邀请。典型的接受需要最多15天的内部轮讨论和投票。另一方面，不需要在AB中上传数据。
3.讨论
开放存取数据存储库在科学界发挥着越来越重要的作用。化学需氧量（COD）就是这样一种资源，在过去14年中开发出来的，已经成为最大的小分子晶体结构（Graíulis等。, 2012). 最近，开发了一些能够自动处理COD数据集的计算机程序，实现了各种学术和工业任务（Graíulis等。, 2015). 反过来，这使自动生成结构公式描述符，并简化了COD和其他开放访问资源之间的交叉链接的建立（Gražulis等。, 2015). 在将光谱数据与其相应的晶体结构联系起来方面也取得了新的进展。
ROD是提供给科学界的最新资源，与COD相关。
已有几个实验拉曼光谱的开放存取库。最著名和使用最广泛的是RRUFF数据库(https://rruff.info网址/)，专门用于矿物，有14000多个条目具有高分辨率拉曼光谱（Lafuente等。, 2015).
其他较小（条目数）、可自由访问的数据库包括：
（1） 地质拉曼光谱手册(https://www.geologie-lyon.fr/Raman网站/)含有73种矿物。
（2） 罗马尼亚拉曼光谱数据库(网址：https://rdrs.uaic.ro/)包含72种矿物（仅碳酸盐和硅酸盐）。
（3） 天然和合成颜料的拉曼光谱库(https://www.chem.ucl.ac.uk/resources/raman/index.html)包含64种常见颜料的拉曼光谱。
（4） 的拉曼光谱碳水化合物(https://www.models.life.ku.dk/~specarb/specarb.html)包含26个碳水化合物的拉曼光谱。
（5） 帕尔马大学的矿物拉曼光谱(https://www.fis.unipr.it/phevix/ramandb.php)有几百个条目。
（6） 红外和拉曼用户组(https://www.irug.org/search-spectral-database网站)包含不同材料类别的303个拉曼光谱。
（7） WURM项目中还提供了计算的矿物拉曼光谱(https://www.wurm.info/)644个条目。
乍一看，不幸的是，以前的所有数据库都只涉及一系列材料。我们也无法跟踪（除了少数例外）可用数据集所属的原始出版物。此外，仪器特性没有得到足够详细的描述（《地质拉曼光谱手册》除外）。所有这些数据库的组合将对不同规格、性能和测量范围的拉曼光谱仪提供的视图进行补充非常有意义。例如，基于实验室的仪器和便携式和手持式仪器具有不同的特性，在一种仪器上获得的光谱无法与在另一种仪器中获得的光谱库进行比较。
在一些现有数据库中也可以找到一些没有可识别振动模式的低质量光谱，这将阻止化合物中的任何相应相位识别。此外，在多相样品上似乎测量到了一些拉曼光谱。在某些情况下，可能会出现歧义和矛盾。例如，如几位作者（El Mendili等。, 2015; Hanesch，2009年). 但更重要的是，以前的数据库都不允许提取整个数据集进行单独分析，它们也不是为实现互操作性而内部开发的。由于ROD是在与COD相同的模型上开发的，因此这是直接可行的。在ROD中，策略是使用各种拉曼仪器（显微镜或光纤、便携式……），包括不同波长和分辨率，执行拉曼测量并从单相收集已发布的拉曼数据。对个人通信逐一进行光谱质量验证，验证振动模式分配，并在可能的情况下确保相关材料和出版物可追溯。所有光谱将由AB的世界知名拉曼专家进行分析和验证。
总之，ROD已经开发出来，并且正在不断开发，具有高质量的拉曼光谱，与COD的结构数据相互关联。CIF2和JCAMP-DX格式因其适合存储具有适当版本和互连性的科学数据而被采用。所有个人、机构和公司都可以免费获得这套精心策划的拉曼光谱，并将从其他来源收集和接受所有同等质量的光谱。实际ROD包含实验和理论光谱。最后，ROD不限于结晶相，包含所有类别的材料（矿物和颜料、玻璃、有机和无机材料、聚合物、金属、陶瓷、颜料、药物、核材料、危险材料……）。
4.方法
4.1. 这个到岸价格格式
所有已发布和个人通信（参考）光谱数据都存储在ROD中，使用到岸价格作为同质数据载体格式，已在COD中用于结构数据。CIF是根据到岸价格2.0文件规范（伯恩斯坦等。, 2016)并给出了扩展.杆这种人类可读的文本文件格式允许以简单的方式定义所有实验和数据集组件，并提供明确的描述。这涉及到面向拉曼光谱的DDLm字典的开发，即拉曼字典。拉曼字典中定义了产生相应样品特性的每个实验（从激励源到检测系统，通过所有光路）和测量组件。后一项开发是SOLSA项目的一部分，允许以统一的计算机可读方式分别通过XRF、Raman–IR和XRD探测技术探测相的元素和短程和长程有序特征之间的互操作性。最新版本的拉曼词典在线提供(https://solsa.crystallography.net/rod/cif/dictionaries/cif_raman.dic).
之后.杆文件被构造后，它被提交到数据库站点，该站点检查语法。当语法检查成功时，将向第一个结构分配初始ROD ID。所有数据都被分割到单独的CIF中，每个CIF一个频谱到岸价，并按顺序编号。
通过所有检查后，每个产生的ROD到岸价格记录在ROD MySQL数据库中，该文件立即在web上可用。
4.2. ROD文件标识
记录在ROD中的每个结构都会收到一个独特的七位数字，称为ROD ID。ROD ID标识在给定时间在单相上测量的拉曼光谱。通常，ROD接受重复的结构。例如，如果同一阶段的两个光谱在两篇不同的同行评审论文中发布，则可以将这两个光谱保存到ROD并接收不同的ROD ID。事实上，来自同一阶段的所有单独信息对于交叉比较非常有价值。对于与ROD的所有个人通信（未发布和计划发布的光谱），由于拉曼光谱随仪器条件的变化而强烈变化，最终在相同的实验条件下可能会随时间变化（由于老化和未控制的参数），所有新添加的.杆文件需要测量日期。这是数据项的用途_拉曼_测量日期_启动，存储实验开始的日期/时间。它可以用作区分类似测量值甚至可能避免重复测量值的标准之一。
4.4. ROD文件的组成
对于所有与CIF相关的数据库，来自核心的所有定义到岸价格词典仍然可用，可以包含在.杆文件和相应的解释。ROD文件的组成可以分为九个类别，但并非所有类别都是强制性的。
参考文献
此类别表示主要来源的参考书目，例如作者姓名、出版物或书名、期刊名称、页码/文章编号、卷、年份和DOI。
样本详细信息
记录研究阶段和分析样品来源的信息：
(一)相的组成和化学公式，其电池参数和空间组，如果可能的话，还有其他有用的细节(例如矿物名称、颜色）。
(b条)样品来源(例如矿产发现地或天然产品的实际来源（矿）。
拉曼测定
指示记录的数据是来自测量还是来自模拟（例如，来自第一原理计算）。
拉曼理论光谱
如果拉曼光谱来自模拟，则使用的项目会记录拉曼光谱预测的详细信息以及用于预测活动拉曼波段的分析方法。
补充观察
详细说明用于批准收集的拉曼光谱数据的方法。例如，X射线衍射、能量色散X射线光谱学， X射线荧光，离子质谱法，红外光谱、近红外光谱、穆斯堡尔光谱、化学分析…。
仪器特性
仪器详细信息
此类别指定拉曼测量设备信息。以下信息用于描述拉曼设备的特征：
(一)测量时设备的物理位置。
(b条)建造光谱仪的公司名称。
(c（c）)测量仪器的型号。
(d日)用于将主激光束聚焦到样品上和/或收集散射辐射的光学元件类型。
(e（电子）)使用的显微镜类型（显微拉曼配置）。
(（f）)显微镜物镜的放大倍数。
(克)显微镜的数值孔径。
(小时)使用的激励激光类型。
(我)用于测量的激发波长（以nm为单位）。
(j个)单色仪配置。
(k个)测量设备分辨率（cm−1).
(我)样品上的光束功率（mW）。
(米)极化。
使用极化测量时，重要的是要跟踪极化条件，以便能够一致地解释结果。为了描述传播和偏振方向，我们采用了常用的波尔图符号（达门等。, 1966). 此符号表示晶体框架相对于激发和分析光束的激光偏振方向的方向。拉曼散射过程的波尔图符号由四个字母组成：A（BC）D：
A=入射光传播方向，波矢k个我.
B=事件光偏振方向E类我.
C=分散光偏振方向E类秒.
D=散射光传播方向，波矢k个秒.
例如（图3)，Y（XZ）X表示入射光沿Y（Y）光谱仪参考框架的轴，散射光沿X（X），入射光沿X（X）同时分析散射光Z轴.
![[图3]](nb5236fig3thm.gif)
| 图3
样品处拉曼显微镜偏振轴的方向以及非定向样品的相应波尔图符号。 |
(n个)样品上的斑点尺寸（单位：µm）。
(o个)衍射光栅（每毫米行数）。
仪器校准
用于校准测量装置的参考样品和程序的详细信息。
COD数据库条目
与实际ROD阶段所属COD条目相关的参考代码（见第4.6节例如）。由于ROD数据与COD的结构数据交联(例如 单位电池，空间组）从COD到.杆文件，用户无需输入。
实验细节
此类别指定了总体光谱测量信息。
实验环境
(一)示例环境的描述。
(b条)测量样品的温度（单位K）。
(c（c）)测量样品时的压力（单位为kPa）。
分析详细信息
(一)已应用的背景减法的描述。
(b条)已应用的基线校正的描述。
(c（c）)获取拉曼光谱所用的总时间（单位s）。
(d日)测量开始时记录的日期和时间（时间戳）。
实验数据
这是两列格式的拉曼光谱数据集，用于原始（未经任何方式校正）强度[以任意单位（a.u.）]和波数（以厘米为单位−1).
的模板.杆文件结构
准备.杆文件对于初学者来说可能很乏味，而且很耗时。为了缓解.杆在构建过程中，我们开发了一个web表单(https://www.crystallography.net/cod/cif-template网站)自动生成ROD文件。web表单是根据当前的Raman自动创建的到岸价格字典，因此包含可用于有效ROD文件的所有数据项的条目字段。JavaScript中的代码段用于检查输入值的最重要约束（例如数据表中至少存在一个值，这是ROD CIF的语法要求）。大型数据表（最重要的是光谱数据）可以直接从任何光谱仪提供的输出粘贴到输入文本字段中。根据用户提供的输入值，生成语法正确且有效的ROD文件，然后可以直接上传到ROD沉积系统。
最低要求
ROD咨询委员会编制了输入中检查的标准列表.杆文件，然后将其包含到ROD数据库中。以下项目被视为.杆可以接受文件：
（i） 高分辨率光谱。
（ii）拉曼位移和强度。
（iii）作者和其他书目数据。作者（个人通讯）或完整的书目数据（发表论文）。
（iv）入射波长。
（v） 样品状态（固体、液体等.).
（vi）化学式。
（vii）极化。
（viii）样品描述和产地（强烈建议）；如果此字段留空，则用户表示“未知”。
（ix）激光功率。
（x） 光谱仪模型。
（xi）目标类型。
（十二）测量分辨率（应该存在），或任何其他有助于其计算的参数。
（xiii）实验持续时间（应存在）。这是在一个频谱上花费的总时间。
（xiv）链接到COD。最好（也是最简单）的情况是使用拉曼和XRD测量同一样品。在这种情况下，用户应链接或上传COD中的实际阶段。否则，如果没有XRD可用，最简单的选择是从COD中选择“最佳候选”。这必须被视为一项建议并加以明确标识。当然，第三种情况是没有最佳候选人，而且“未知”。将ROD条目链接到COD条目的方法如下所述。
以下内容还适用于个人通信：
（xv）样品描述和产地。
（xvi）实验时间戳。
ROD数据质量标准见https://wiki.crystallography.net/rod/data_quality_criteria网站/这些最低要求将根据ROD咨询委员会成员的讨论和决定进行更新。
4.5. ROD沉积程序
ROD首页上有一个“存放数据”菜单。只要要上传的文件满足上述最低要求，任何人都可以上传数据。下面是如何使用它的简短教程：
首先创建用户帐户：
（1） 单击页面左侧的“存放数据”链接。
（2） 单击“注册”链接。
（3） 按照页面上的说明填写注册数据。
然后存放您的数据：
（1） 单击“存入数据”。
（2） 选择沉积类型。
(一)如果数据是在日志中发布的，请选择“已发布数据”。
(b条)如果您的数据没有在任何地方发布，请选择“与ROD的个人通信”。
（3） 键入您的数据，这些数据将用于创建您的用户名。
（4） 键入您的登录数据，然后单击“开始存款”。
（5） 单击“浏览…”按钮并选择.杆文件或的zip存档.杆要上载的文件。JCAMP-DX也可接受。
（6） 按“验证”按钮。如果您的.杆将提示您更正错误。如果您不确定如何更正，请将错误消息发送给我们，我们将尽力解释如何更正。
（7） 如果您的文件成功验证，您将被带到一个新窗口，在那里您可以完成您的沉积。对于每个单独的文件，应单击“将所有有效文件存入ROD”按钮或“存入ROD“按钮。
如果有语法错误，必须手动更正。
4.6. 将ROD数据与其他在线资源关联
拉曼光谱数据本身是有用的，但当与被测材料的其他事实相结合时，它们变得更有价值。互联网的兴起与现代计算技术的进步，通过以在线资源的形式提供对浩瀚的人类知识海洋的访问，使这项任务变得极为容易。然而，这也带来了在这些资源之间建立关系的挑战。ROD中通过提供一组到岸价格能够以人类和计算机都容易理解的方式描述不同数据资源之间的链接的数据项。
为了在ROD中的条目和外部资源之间建立链接到岸价格数据值必须放在ROD文件中。描述这种关系所需的最小信息集由资源的名称和属于该资源的相关条目的唯一标识符组成。强烈建议提供附加信息，例如相关条目的显式URI和关系的描述，尽管这不是强制性的。一个示例到岸价格接下来的数据循环描述了存储此循环的ROD条目和COD条目7228110之间的关系。描述表明，根据通过测量同一样品获得的RS和XRD实验数据，这些条目是相关的：
回路_
rod_related_entry.id
rod_related_entry.数据库
棒延迟入口代码
棒已发布条目关系
1 COD 7228110相同样品
所述方法允许建立从ROD到外部资源以及ROD条目本身之间的任意数量的关系。有关数据项的更详细描述和其他使用示例，请参阅CIF_ROD字典。
4.7. 进一步发展
ROD在条目数量和质量方面都在不断发展，以便于实施新的频谱和编程。最新进展之一（图4)是由COD在实验光谱上实现的相结构。这种COD到ROD的互操作性将在未来进一步推进。
![[图4]](nb5236fig4thm.gif)
| 图4
赤铁矿的拉曼光谱和相关晶体结构。ROD ID 1000001，COD ID 1546383。 |
5.总结
拉曼开放数据库已经开发出来，并且正在不断发展，具有高质量的拉曼光谱，与来自晶体学开放数据库的结构数据互连。采用CIF2格式是因为它适合存储具有适当版本和互连性的科学数据。所有个人、机构和公司都可以免费获得这套精心策划的拉曼光谱，并将从其他来源收集和接受所有同等质量的光谱。它并不局限于结晶相，尽管在这个阶段它向它们倾斜。
资金筹措信息
根据第689868号拨款协议，该项目已获得欧盟地平线2020研究与创新项目的资助。
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结晶学 |
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