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光谱学与光谱分析 2023年第S1期43卷 213-214页

作者：胡仪钟航陈骏刘新艾邵涛王雪峰陈钧表面物理与化学重点实验室四川绵阳621908

空间偏移拉曼光谱技术[1](spatially offset Raman spectroscopy,SORS)的原理是基于激光照射位置与拉曼信号的收集位置偏移一定的距离。逆向空间偏移拉曼光谱技术[2](inverse spatially offset Raman spectroscopy,Inverse-SORS)是SORS技术的一种衍生变体。如Scheme 1所示是一套自搭建的Inverse-SORS系统,激光通过锥透镜形成环形光束照射到样品表面上,并在该环形光束的中心位置收集产生的拉曼信号,可通过移动锥透镜调节样品上环形光束的大小,从而改变空间偏移量(Δs)的大小。在本实验中,测试对象有样品Ⅰ:上层是厚度为0.50mm的PMMA,下层是厚度为0.30mm的PTFE,以及样品Ⅱ:上层是厚度为0.30mm的PTFE,下层是厚度为1.50mm的PMMA;采用波长为532nm的激光为激发光,其功率为50 mW,信号收集时间60s。对于样品Ⅰ的实验结果,从图1(a)中可看出,在偏移距离Δs为1.37mm时可获得几乎纯净的PTFE的拉曼光谱,图1(b)展示了I_(PTFE@731cm^(-1))/I_(PMMA@810cm^(-1))信号强度比值随Δs的变化曲线,反映出随Δs的增加,下层PTFE信号贡献占比增加的规律,但是Δs过大会因为光子迁移距离远而导致其信号强度降低。对于样品Ⅱ,从图1(c)可看出,在Δs为1.37mm时仍然出现明显的上层PTFE的信号,但是,I_(PMMA@810cm^(-1))/I_(PTFE@731cm^(-1))随Δs的增加逐渐增大[图1(d)],表明通过改变Δs,可以凸显出下层PMMA的结构特征。此实验表明了Inverse-SORS技术对聚合物材料纵向结构剖析的可行性。

关键词：逆向空间偏移拉曼光谱结构剖析 PMMA PTFE

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基于逆向空间偏移拉曼光谱技术的多层混浊样品深层分析研究

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光谱学与光谱分析 2021年第11期41卷 3456-3461页

作者：余凡李贺平赵天煜梁卓文赵航王爽西北大学光子学与光子技术研究所陕西西安710069 中国人民解放军空军军医大学西京医院骨科陕西西安710032

空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量(Δs)... 详细信息

空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量(Δs)条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息,并根据几何光学理论和投影测量原理,量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系,这为精确控制光谱检测条件提供了保障。为了验证该装置的检测能力,采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型,获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理,观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小,而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。在此基础上,通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度,分析研究了相对拉曼强度、空间偏移量与样品厚度三者之间关系,即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加,这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。然而,在同一Δs条件下,相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。以上实验结果表明,我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息,并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。

关键词：空间偏移拉曼光谱逆向空间偏移拉曼光谱多层组织模型深层光谱分析

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逆向空间偏移拉曼光谱技术及其在无损深层物质检测中的应用

逆向空间偏移拉曼光谱技术及其在无损深层物质检测中的应用

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作者：余凡西北大学

学位级别：硕士

空间偏移拉曼光谱(Spatially Offset Raman Spectroscopy,SORS)作为一种新型深层拉曼光谱技术,能够非侵入地获得漫散射样品内部的深层光谱信息。与传统背散射式拉曼光谱不同的是,SORS技术的原理是激光照射区与拉曼光谱采集区在样品表面... 详细信息

空间偏移拉曼光谱(Spatially Offset Raman Spectroscopy,SORS)作为一种新型深层拉曼光谱技术,能够非侵入地获得漫散射样品内部的深层光谱信息。与传统背散射式拉曼光谱不同的是,SORS技术的原理是激光照射区与拉曼光谱采集区在样品表面空间上偏移了一定的距离。SORS技术有两种常见形式:常规SORS和逆向SORS。常规SORS是以激光照射点为中心的同心圆环收集拉曼光谱,而逆向SORS的激光是以不同半径的圆环形式照射到样品表面上,并在圆环中心的位置处收集拉曼信号。由于逆向SORS使用环形光束照射在样品表面使得照明面积变大,因此可在人体照明强度许可的范围内使用更高的激光功率,并且该技术可以避免样品表面产生的荧光信号的强烈干扰,能够对多层混浊介质样品进行准确、快速、无损、无标记检测获得样品内部深层特征信息。本文基于空间偏移拉曼光谱技术原理,自主搭建了逆向空间偏移拉曼光谱系统实现深层光谱检测。具体工作如下:首先,搭建了逆向空间偏移拉曼光谱系统,并利用该系统在不同空间偏移量下分别对透明玻璃内的乙醇和石蜡包埋猪皮组织进行快速、无损光谱检测。通过选取样品表层(玻璃和石蜡)的拉曼特征峰进行强度归一化,可以得到样品深层(乙醇和猪皮)的拉曼特征光谱,以识别其化学成分。实验发现,深层物质的拉曼特征峰强度随着空间偏移量的增加而增加,结果初步表明了该光路系统的正确性以及逆向SORS技术对深层物质进行快速、非侵入性检测的可行性。其次,通过利用二向色镜和笼式结构等光学元件,对原有的光路系统进行优化和集成,搭建了集成化逆向SORS光谱检测系统。优化后的光路系统可以通过控制锥透镜来切换光谱检测模式,既可实现背散射式拉曼光谱以获取样品各层的拉曼光谱作为参考,又可实现逆向SORS深层光谱检测。通过简单的平移锥透镜实现了环形激发光束照射到样品表面并使得空间偏移量(?s)的大小连续变化。利用该系统分别对羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型、猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型以及人体的手掌、手指进行光谱检测。结果表明,逆向SORS技术可以有效避免表层荧光信号的干扰,并可广泛应用于多层混浊介质中的深层光谱检测。总之,本论文对逆向SORS的光路设计和应用进行了初步探讨,表明了逆向SORS打破了传统拉曼光谱技术的应用局限,可获得活体经皮骨骼的深层拉曼光谱,为逆向SORS结合临床检测技术在疾病早期诊断中的应用提供了技术支持。

关键词：空间偏移拉曼光谱逆向空间偏移拉曼光谱多层组织模型深层光谱分析

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