WikiDer > Рамановская спектроскопия с пространственным сдвигом

Spatially offset Raman spectroscopy

Рамановская спектроскопия с пространственным сдвигом (СОРС)[1] это вариант Рамановская спектроскопия что позволяет проводить высокоточный химический анализ объектов под затемняющими поверхностями, такими как ткани, покрытия и бутылки. Примеры использования включают анализ: кости под кожей,[2] таблетки внутри пластиковых бутылок,[3] взрывчатые вещества внутри контейнеров[4] и поддельные таблетки в блистерных упаковках. Также были достигнуты успехи в разработке глубокой неинвазивной медицинской диагностики с использованием SORS с надеждой на возможность обнаружения опухолей груди.

Распределение интенсивности рассеянного света при выделении только той части, которая выходит в отражении на расстоянии от источника.

Рамановская спектроскопия основана на неупругое рассеяние события монохромный свет для получения спектра, характерного для образца. В этой технике обычно используются фотоны с красным смещением, создаваемые монохроматическим светом, теряющим энергию из-за колебательного движения внутри молекулы. Сдвиг цвета и вероятность неупругого рассеяния характерны для молекулы, рассеивающей фотон. Молекула может образовывать от 10 до 20 основных линий, хотя это ограничено только количеством связей и ограничениями симметрии. Важно отметить, что спектр, создаваемый смесью, образует линейную комбинацию компонентных спектров, что позволяет определять относительное химическое содержание с помощью простого спектроскопического измерения с использованием хемометрический анализ.

Методы

Обычная рамановская спектроскопия ограничивается областью диффузно рассеивающих объектов вблизи поверхности. Например, для ткани она ограничена глубиной первых нескольких сотен микрометров поверхностного материала. Рамановская спектроскопия используется для этой цели во многих приложениях, где ее высокая химическая специфичность позволяет проводить химическое картирование поверхностей, например, картографирование планшета.[5] Измерения за пределами поверхности диффузно рассеивающих образцов ограничены, поскольку интенсивность сигнала высока в области лазерного возбуждения, которая доминирует в собираемом сигнале.

Базовая методика SORS была изобретена и разработана Павлом Матушеком, Энтони Паркером и сотрудниками Лаборатория Резерфорда Эпплтона в Великобритании. Этот метод основан на том факте, что большинство материалов не полностью прозрачны для света и не полностью блокируют его, но имеют тенденцию рассеивать свет. Например, когда красная лазерная указка освещает конец пальца, свет рассеивается по всей ткани пальца. Куда бы свет ни направлялся, будет наблюдаться некоторое неупругое рассеяние из-за эффекта комбинационного рассеяния, поэтому в какой-то момент большая часть объекта будет генерировать обнаруживаемый сигнал комбинационного рассеяния, даже если он не находится на поверхности. Уловка с SORS заключается в том, чтобы проводить измерения, избегая доминирующей области возбуждения.

При измерении SORS будет выполнено не менее двух рамановских измерений; один у источника и один в позиции смещения, как правило, на несколько миллиметров. Два спектра можно вычесть с помощью масштабированного вычитания, чтобы получить два спектра, представляющих подземный и поверхностный спектры. Для простой двухслойной системы, такой как порошок в пластиковой бутылке, спектр порошка можно измерить, не зная материала бутылки или его относительного сигнала. Выполнение этого без использования измерения смещения будет строго ограничено дробовым фотонным шумом, генерируемым комбинационным рассеиванием света, и сигналами флуоресценции, исходящими от поверхностного слоя.[6]

Масштабное вычитание хорошо работает для двухслойных систем, но для более сложных примеров, например, когда вышележащий материал содержит компоненты, включенные в подслой (например, живую ткань), может потребоваться многовариантный анализ. Когда многовариантные техники, такие как Анализ главных компонентов используются несколько спектров на разных расстояниях выноса. По мере увеличения пространственного смещения отношение спектрального вклада подповерхность / поверхность увеличивается. Однако общий сигнал также уменьшается с увеличением смещения, поэтому при практических измерениях отношение не может увеличиваться бесконечно.

Обратный СОРС[7] является полезным подвариантом SORS, который улучшает некоторые измерения, такие как анализ ткани in vivo. Вместо того, чтобы использовать геометрию сбора пятен и круглое пятно для освещения, постоянное смещение может поддерживаться путем освещения образца световым кольцом с центром в области сбора. Это дает несколько преимуществ, включая снижение общей плотности мощности и возможность простого изменения расстояния смещения.

Рамановская спектроскопия с микропространственным смещением (микро-СОРС) объединяет СОРС с микроскопия.[8] Основное различие между СУРС и микро-СОРС заключается в пространственном разрешении: в то время как СУРС подходит для анализа миллиметровых слоев, микро-СОРС может разрешать тонкие слои микрометрического масштаба.

Рекомендации

  1. ^ П. Матушек; ИП Кларк; ERC Draper; MD Моррис; и другие. (Апрель 2005 г.). «Подповерхностное зондирование в диффузно рассеивающих средах с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния со смещением». Прикладная спектроскопия. 59 (4): 393–400. Bibcode:2005ApSpe..59..393M. Дои:10.1366/0003702053641450. PMID 15901323.
  2. ^ М. В. Шульмерих; К. А. Дули; М. Д. Моррис; Т. М. Ванасс; и другие. (2006). «Чрескожная волоконно-оптическая рамановская спектроскопия кости с использованием кольцевого освещения и кольцевого массива собирающих волокон». Журнал биомедицинской оптики. 11 (6): 060502. Дои:10.1117/1.2400233. PMID 17212521.
  3. ^ К. Элиассон; П. Матушек (2007). «Неинвазивная аутентификация фармацевтических продуктов посредством упаковки с использованием пространственно-смещенной рамановской спектроскопии». Аналитическая химия. 79 (4): 1696–701. Дои:10.1021 / ac062223z. PMID 17297975.
  4. ^ К. Элиассон; Маклауд и П. Матушек (2007). «Неинвазивное обнаружение скрытых жидких взрывчатых веществ с помощью лазерной спектроскопии». Аналитическая химия. 79 (21): 8185–8189. Дои:10.1021 / ac071383n. PMID 17880183.
  5. ^ М. Дж. Пеллетье (1999). Аналитические приложения рамановской спектроскопии. Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05305-6.
  6. ^ N.A. Macleod; П. Матушек (2008). «Глубокая неинвазивная рамановская спектроскопия мутных сред». Прикладная спектроскопия. 62 (11): 291A – 304A. Bibcode:2008ApSpe..62..291M. Дои:10.1366/000370208786401527. PMID 19007455.
  7. ^ П. Матушек (2006). "Рамановская спектроскопия с обратным пространственным смещением для глубокого неинвазивного исследования мутных сред". Прикладная спектроскопия. 60 (11): 1341–1347. Bibcode:2006ApSpe..60.1341M. Дои:10.1366/000370206778999102. PMID 17132454.
  8. ^ Конти, Клаудиа; Коломбо, Кьяра; Реалини, Марко; Зерби, Джузеппе; Матушек, Павел (июнь 2014 г.). "Подповерхностный Рамановский анализ тонких окрашенных слоев". Прикладная спектроскопия. 68 (6): 686–691. Дои:10.1366/13-07376. ISSN 0003-7028. PMID 25014725.