Пространственно-смещенная рамановская спектроскопия
Пространственно-смещенная рамановская спектроскопия ( SORS ) [1] представляет собой вариант рамановской спектроскопии , который позволяет проводить высокоточный химический анализ объектов под закрывающими поверхностями, такими как ткани, покрытия и бутылки. Примеры использования включают анализ: костей под кожей, [2] таблетки внутри пластиковых бутылочек, [3] взрывчатка внутри контейнеров [4] и поддельные таблетки в блистерах. Также были достигнуты успехи в разработке глубокой неинвазивной медицинской диагностики с использованием SORS с надеждой на возможность обнаружения опухолей молочной железы.
Рамановская спектроскопия основана на неупругого рассеяния явлениях монохроматического света для получения спектра, характерного для образца. В этом методе обычно используются смещенные в красную сторону фотоны, создаваемые монохроматическим светом, теряющие энергию из-за вибрационного движения внутри молекулы. Сдвиг цвета и вероятность неупругого рассеяния характерны для молекулы, рассеивающей фотон. Молекула может производить от 10 до 20 основных линий, хотя это ограничивается только количеством связей и ограничениями симметрии. Важно отметить, что спектр, создаваемый смесью, образует линейную комбинацию спектров компонентов, что позволяет определить относительное химическое содержание с помощью простого спектроскопического измерения с использованием хемометрического анализа.
Методы
[ редактировать ]Обычная рамановская спектроскопия ограничивается приповерхностными объектами диффузного рассеяния. Например, в случае с тканями он ограничен глубиной поверхностного материала в несколько сотен микрометров. Рамановская спектроскопия используется для этой цели во многих приложениях, где ее высокая химическая специфичность позволяет химическое картирование поверхностей, например, картирование планшетов. [5] Измерения за пределами поверхности диффузно рассеивающих образцов ограничены, поскольку интенсивность сигнала высока в области лазерного возбуждения и доминирует в собранном сигнале.
Базовая методика SORS была изобретена и разработана Павлом Матоусеком, Энтони Паркером и их сотрудниками в лаборатории Резерфорда Эпплтона в Великобритании. Этот метод основан на том факте, что большинство материалов не являются ни полностью прозрачными для света, ни полностью его не блокируют, но имеют тенденцию рассеивать свет. Пример: красная лазерная указка освещает кончик пальца – свет рассеивается по всей ткани пальца. Куда бы ни шел свет, будет наблюдаться некоторое неупругое рассеяние из-за эффекта комбинационного рассеяния света, поэтому в какой-то момент большая часть объекта будет генерировать обнаруживаемый сигнал комбинационного рассеяния света, даже если он находится не на поверхности. Хитрость SORS заключается в том, чтобы провести измерение, избегая доминирующей области возбуждения.
Измерение SORS предполагает как минимум два измерения комбинационного рассеяния света; один у источника и один в смещенном положении, обычно на расстоянии нескольких миллиметров. Два спектра можно вычесть с помощью масштабированного вычитания для получения двух спектров, представляющих подповерхностный и поверхностный спектры. Для простой двухслойной системы, такой как порошок в пластиковой бутылке, спектр порошка можно измерить, не зная материала бутылки или его относительного вклада в сигнал. Сделать это без использования измерения смещения было бы серьезно ограничено фотонным дробовым шумом, генерируемым комбинационным рассеянием света, и сигналами флуоресценции, исходящими из поверхностного слоя. [6]
Масштабированное вычитание хорошо работает для двухслойных систем, но более сложные примеры, например, когда вышележащий материал содержит компоненты, включенные в подслой (например, живая ткань), могут потребовать многомерного анализа. При использовании многомерных методов, таких как анализ главных компонент , необходимо снять несколько спектров на разных расстояниях смещения. По мере увеличения пространственного смещения соотношение спектрального вклада подповерхность/поверхность увеличивается. Однако общий сигнал также уменьшается с увеличением смещения, поэтому при практических измерениях коэффициент не может увеличиваться вечно.
Обратный ВЫХОД [7] является полезным подвариантом SORS, который улучшает некоторые измерения, такие как анализ тканей in vivo . Вместо использования геометрии сбора пятен и круглого пятна для освещения, постоянное смещение можно поддерживать путем освещения образца световым кольцом, центрированным в области сбора. Это имеет ряд преимуществ, в том числе снижение общей удельной мощности и возможность простого управления расстоянием смещения.
Микропространственно-офсетная рамановская спектроскопия (микро-SORS) сочетает в себе SORS и микроскопию . [8] Основное различие между SORS и микро-SORS заключается в пространственном разрешении: хотя SORS подходит для анализа миллиметровых слоев, микро-SORS способен разрешать тонкие слои микрометрического масштаба.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ П. Матоусек; ИП Кларк; ERC Дрейпер; доктор медицины Моррис; и др. (апрель 2005 г.). «Подповерхностное зондирование в диффузно рассеивающих средах с использованием пространственно-смещенной рамановской спектроскопии». Прикладная спектроскопия . 59 (4): 393–400. Бибкод : 2005ApSpe..59..393M . дои : 10.1366/0003702053641450 . ПМИД 15901323 .
- ^ М. В. Шульмерих; К. А. Дули; доктор медицины Моррис; ТМ Ванасс; и др. (2006). «Чрескожная волоконно-оптическая рамановская спектроскопия костей с использованием кольцевого освещения и кругового массива собирающих волокон» . Журнал биомедицинской оптики . 11 (6): 060502. дои : 10.1117/1.2400233 . ПМИД 17212521 .
- ^ К. Элиассон; П. Матоусек (2007). «Неинвазивная аутентификация фармацевтической продукции через упаковку с использованием пространственно-смещенной рамановской спектроскопии». Аналитическая химия . 79 (4): 1696–701. дои : 10.1021/ac062223z . ПМИД 17297975 .
- ^ К. Элиассон; Н. А. Маклауд и П. Матоусек (2007). «Неинвазивное обнаружение скрытых жидких взрывчатых веществ с помощью лазерной спектроскопии». Аналитическая химия . 79 (21): 8185–8189. дои : 10.1021/ac071383n . ПМИД 17880183 .
- ^ МЖ Пеллетье (1999). Аналитические применения рамановской спектроскопии . Блэквелл Наука. ISBN 978-0-632-05305-6 .
- ^ Н. А. Маклауд; П. Матоусек (2008). «Глубокая неинвазивная рамановская спектроскопия мутных сред» . Прикладная спектроскопия . 62 (11): 291А–304А. Бибкод : 2008ApSpe..62..291M . дои : 10.1366/000370208786401527 . ПМИД 19007455 .
- ^ П. Матоусек (2006). «Обратная рамановская спектроскопия с пространственным смещением для глубокого неинвазивного исследования мутных сред». Прикладная спектроскопия . 60 (11): 1341–1347. Бибкод : 2006ApSpe..60.1341M . дои : 10.1366/000370206778999102 . ПМИД 17132454 .
- ^ Конти, Клаудия; Коломбо, Кьяра; Реалини, Марко; Зерби, Джузеппе; Матоусек, Павел (июнь 2014 г.). «Подповерхностный рамановский анализ тонких окрашенных слоев». Прикладная спектроскопия . 68 (6): 686–691. дои : 10.1366/13-07376 . ISSN 0003-7028 . ПМИД 25014725 .
