空间偏移拉曼光谱技术的发展及应用

传统拉曼光谱只能探测样品的表层信息,或者只能穿透透明的表层探测样品内部,对多层不透明或不透明包装的样品检测则不适用了,比如搜索隐蔽的爆炸物、识别有包装的假药、无损检测骨骼疾病等。空间偏移拉曼光谱（SORS）技术是一种新型光谱检测技术,能够非侵入不透明包装或表层直接获得样品内部深层特征信息,这一技术的出现解决了上述的难题。首先详细介绍了SORS技术的工作原理：其根本原理在于光子迁移理论,其系统激光光源的入射焦点与光谱系统中收集透镜的焦点在待测样品表层空间上偏移一定的距离ΔS。当激光入射到待测样品表层时,表层样品被激发或散射出宽带荧光,其中有一部分散射光将到达样品内部,样品内部深层处产生的拉曼散射光子相比于样品表层的光子在散射过程中更易于横向迁移,经多次散射后返回样品表层被光谱仪器接收系统收集。到达样品内部不同深度ΔH的散射光返回表层后的位置距离激光光源入射点在样品表层上有不同的偏移距离ΔS。当空间偏移距离ΔS＝0时,激光光源入射点与拉曼光谱收集点重合,此处激发的光子密度最大,系统收集到的拉曼光谱信号大部分来自样品表层,样品深层拉曼信号被淹没;当空间偏移距离ΔS≠0时,光谱仪器收集到的拉曼光谱信号中来自表层的信号衰减很快,来自样品深层的信号衰减较慢,使得更深层的拉曼散射光子比重变大,从而实现光谱分离,再结合多元数据分析方法可以获得样品内部不同深层次的拉曼光谱,即空间偏移拉曼光谱。该技术具有很好抑制表层物质拉曼光谱和荧光光谱干扰的能力,特别适用于隐蔽在不透明包装材料下的物质拉曼光谱的提取,从而快速、非侵入地对目标物成分进行鉴定。其次介绍了SORS技术的特点。SORS技术是拉曼光谱的衍生技术,具备拉曼光谱技术的制样简单、水分干扰小、样品消耗量小、灵敏度高等全部优点,除此之外,有效抑制荧光、深层检测、非侵入无损检测、远距离检测等特点,这些特点有效提高了拉曼光谱强度,降低用户的检测和生产成本以及提高检测人员的人身安全。同时概述并对比了SORS技术现有的三种工作方式：标准SORS、逆SORS和倾斜SORS。标准SORS技术可进行远距离非接触测量,逆SORS较之标准SORS具有更高的灵敏度和抗光谱扭曲的潜力,而且入射的有效光照面和空间偏移距离ΔS是可控的,避免了样品过热;倾斜SORS具有较高的检测灵敏度,而且实验装置容易实现。然后在大量调研文献的基础上综述了近些年来SORS技术结合其他技术在化工生产、安检、生物医学、考古艺术、食品安全、稽查打假以及国防安全等多个领域的国内外发展和应用。最后指出了SORS技术目前存在的问题并展望了该技术未来的发展前景。     

不透明高密度聚乙烯覆盖下硝酸钠的拉曼光谱研究

空间偏移拉曼光谱技术(SORS)作为一种新型拉曼光谱技术,其光谱收集系统与激光入射点在空间位置上有一定的偏移距离~([1]),具有很好的抑制表层成分拉曼光谱及荧光光谱的能力,能够实现不/半透明材料覆盖下内部成分拉曼光谱的无损、快速检测~([2-4])。研究团队基于建立空间偏移拉曼光谱探测系统,已成功实现了不透明介质覆盖下隐藏成分的探测,针对偏移距离对于空间偏移拉曼光谱探测信号强度的影响进行了实验研究及分析。     

基于逆向空间偏移拉曼光谱分析技术的无损药物检测方法研究

发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害,更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。该研究工作,通过建立逆向空间偏移拉曼光谱（SORS）实验装置,克服了传统拉曼探测深度有限（约几百微米）的应用瓶颈,以无损、非接触的方式,克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响,实现多种空间偏移量（Δs）条件下,样品特征光谱信息检测与分析,为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。实验装置搭建过程中,采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑,并控制锥透镜与样品之间的距离,实现Δs连续可控变化。利用所搭建的光谱检测装置,分别测量聚乙烯方瓶（厚度为1.5 mm）和聚四氟乙烯离心管（厚度为4 mm）内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点,选取容器拉曼特征峰作为标准峰,分别对点光斑（Spot）和环形（Ring）光斑测量结果进行归一化处理,并将其强度相减（Ring-Spot）,得到逆向SORS光谱测量结果。实验结果表明,逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素,真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。在实验测量范围内,当环形光束半径增大1倍时,聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍,而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。以上实验结果表明,逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内,或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能,在建立小型化、集成化检测系统的条件下,逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充,发展成一种快捷、准确、操作简便的新型药物检测手段。     

拉曼直角反射共焦腔检测空气中二氧化碳

拉曼光谱作为一种激发光谱,采用激光作为激发光源,在气体检测中可以激发所有气体分子的拉曼信号。由于气体的分子密度低、透光度高、拉曼散射截面小,导致激发光能量的利用效率低;拉曼信号散射向四周立体空间而常规收集方法只能收集较小的空间立体角,从而造成检测限较差而不能广泛应用于气体的检测。提出了一种拉曼直角反射共焦腔用来提高气体等透明样品的拉曼检测的检测灵敏度。拉曼直角反射共焦腔利用直角反射镜将入射光反射回原方向但是光路具有空间偏移的特点,采用两个相对放置、互相平行的直角反射镜,将光束直径为0.7 mm的激光在工作直径为25.4 mm的共焦腔内10次来回反射,并采用共焦点相对放置的两个透镜将激发光聚焦到焦点,从而提高激发光能量的使用效率。拉曼散射向激光传输方向的信号被直角反射镜反射向原方向,经过透镜聚焦到焦点后和拉曼散射向激光入射方向的信号一起经过长通滤光片后传输向拉曼光谱仪,从而提高了拉曼散射信号的收集效率。以空气作为测试对象进行实验, 300 s内可以获得清晰的CO_2的拉曼光谱和N_2, O_2的精细拉曼光谱并对其强度比进行了分析,其中N_2的2 332 cm~(-1), O_2的1 557 cm~(-1), CO_2的1 388 cm~(-1)的拉曼峰的峰高比是785∶257∶1。拉曼直角反射共焦腔在常规拉曼散射激发收集光路的基础上增加了两个直角反射镜和一个聚焦镜,具有体积小,结构简单,易于调节的特点。拉曼散射向周围空间的信号强度分布与入射光的入射方向有关,在沿入射光方向及其相反方向散射信号强度最大,拉曼直角反射共焦腔设计的收集散射信号的角度与散射信号强度分布最强方向一致,并且利用了光学景深的优势,最大化的提高了拉曼散射信号收集效率。拉曼直角反射镜腔可以拓展拉曼光谱技术在气体检测中的应用,例如用于气相化学反应的原位监控、发动机燃烧过程及排放物检测、未知污染物气体分析等气体成分复杂的领域。     

基于新型样品池的液体拉曼光谱增强方法研究

拉曼光谱技术在液体检测方面具有诸多优点，如多组分同时探测、非接触、检测周期短、分子指纹特性等，已成功用于多个领域的样品分析，但是较低的探测灵敏度制约了该技术的进一步发展。为了提高液体样品拉曼光谱探测灵敏度，文章报道了一种基于新型液体样品池的拉曼光谱增强方法。该方法在传统比色皿底端加入一个凹面反射镜，一方面可以使作用于样品后的激光再次反射聚焦重新作用于样品，另一方面凹面反射镜可以使拉曼光谱探测装置同时收集前向与后向拉曼散射信号，相较于传统拉曼光谱技术该方法可提高液体拉曼探测灵敏度。首先理论分析了影响拉曼散射强度的因素以及在非偏振光激发下拉曼散射信号强度与收集角度之间的关系，得出结论：当收集角度相较于光源传播方向为前向或后向时(即0°或180°)拉曼散射强度最大，为样品池的设计提供理论基础。进一步设计并制作了一种新型样品池，采用UV胶将镀银凹面反射镜(直径12.5 mm,焦距10 mm)与石英管(外径12 mm,壁厚1 mm,长度30 mm)粘合形成新型液体样品池。为了验证新型样品池的效果，搭建了785 nm拉曼探头装置并开展了相关实验研究，对三种典型的液体样品(75%乙醇、异丙醇、甲醇)...     

逆向空间偏移拉曼光谱技术应用于聚合物材料结构剖析

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0.50 mm的PMMA,下层是厚度为0.30 mm的PTFE,以及样品Ⅱ:上层是厚度为0.30 mm的PTFE,下层是厚度为1.50 mm的PMMA;采用波长为532 nm的激光为激发光,其功率为50 mW,信号收集时间60 s。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1.37 mm时可获得几乎纯净的PTFE的拉曼...     

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

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。     

应用于低折射率样品检测的SERS活性液芯光纤

用纳米组装方法在空心光纤内壁修饰SERS活性基底构成内壁具有表面增强拉曼光谱活性层的液芯光纤。激发光由光纤壁横截面入射,并在光纤壁中传播。由于光纤壁的折射率大于检测样品溶液的折射率,使得激发光在光纤壁中发生全反射,并在消逝场下穿透修饰层,激发样品拉曼散射。本方法融合了表面增强拉曼光谱技术与液芯光纤技术的优势,可成为应用于低折射样品溶液体系检测的又一手段。     

多波长消荧光拉曼光谱仪的研制及应用研究

拉曼光谱技术作为探究分子、晶体及其结构特征的有力手段,具有快速、无损、样品用量小、无需前处理且适应性强等优点,已被广泛应用于食品安全、石油化工等领域。但在拉曼光谱应用中,常常受到荧光背景干扰,导致拉曼信号降低,严重的情况下拉曼信号甚至会淹没在荧光背景中。为解决拉曼技术在实际应用中荧光背景干扰的问题,从仪器角度出发,采用二色镜对多波长拉曼光谱进行光路耦合设计,研制了近红外拉曼光谱与移频差分拉曼复合一体的多波长消荧光拉曼光谱检测系统,其中近红外拉曼光谱采用1 064 nm激光光源设计,移频差分拉曼光谱选取784.5和785.5 nm两组激光光源进行时分复用,在移频差分拉曼光谱检测的同时,亦可获得两组单波长拉曼光谱数据。通过对比同步测试和分时逐次测试的强度及峰位稳定性,验证了多波长消荧光拉曼光谱仪的同步测试性能;选取了多种荧光背景强弱不同的样品,进行了单波长拉曼、近红外拉曼及移频差分拉曼光谱的对比分析。针对丙酮、乙腈等荧光背景较弱的样品,可采用单波长拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对食用油、红色塑胶微粒等荧光背景与拉曼信号强度相当的样品,可采用近红外拉曼光谱对样品进行定量及定性分析;针对红酒、棕色塑胶微粒等荧光背景较强的样品,需结合近红外拉曼光谱和差分拉曼光谱对样品进行定性分析。研究表明：通过多波长消荧光拉曼光谱检测系统的研制,在常规单波长拉曼光谱技术的基础上,将两种抑制荧光干扰技术有机结合,有效扩充了应用领域及样品检测范围。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

一种基于石墨化炭黑过滤吸附处理荧光抑制和改进系统聚类分析的轻质燃油种类拉曼光谱快速识别方法

提出了一种石墨化炭黑过滤吸附前处理抑制轻质燃油拉曼光谱荧光背景干扰的方法和一种改进的系统聚类分析算法,实现了39个样品的种类快速识别,即能自动将样品识别为0#车用柴油、0#普通柴油、97#车用汽油、93#车用汽油、90#车用汽油和3#喷气燃料等6种类型。过滤吸附处理方法是用定制的50 mg石墨化炭黑过滤吸附0.75 mL油样,然后对其进行拉曼光谱数据采集。试验结果证明：石墨化炭黑过滤吸附处理对无荧光背景干扰的3#喷气燃料和车用汽油样品拉曼光谱特征无明显影响,且能够有效抑制车用汽油和车用柴油样品的拉曼弱荧光背景干扰,以及车用汽油和普通柴油的强荧光背景干扰。改进的有监督系统聚类分析算法将普鲁克距离作为系统聚类分析中样本间相似度的评价方法;并将经典的系统聚类分析视为标准校正样品集的“建模”过程,通过计算未知样品与各类属中心向量之间的普鲁克距离,依据距离最小原则判断未知样品的类属。通过对39个具有不同拉曼荧光背景干扰特征油样的石墨化炭黑前处理和“留一法”交互验证分类识别,分析结果证明：石墨化炭黑过滤吸附前处理抑制拉曼光谱荧光背景的方法能够有效提取轻质燃油的拉曼光谱特征并应用于定性种类识别。     

荧光物质光学性质对受激拉曼散射的影响

荧光在受激拉曼散射中能发挥良好的外部种子作用,可以极大幅度降低受激拉曼阈值、增加散射模式的强度。将溶解了荧光物质的CS2溶液作为液芯光纤的芯液体进行荧光增强受激拉曼散射研究。结果表明,很小能量(1.86 mJ)的激光激发就能获得较强的斯托克斯和反斯托克斯拉曼光。以荧光光谱范围较小的罗丹明B(rhodamine B)作为荧光种子,只获得了强度较高的一阶反斯托克斯谱线和强度较低的一阶斯托克斯谱线;以荧光光谱范围很大的β-胡萝卜素(β-carotene)作为荧光种子,很小的抽运能量就获得了7阶斯托克斯光谱。因此可以选用不同光学性质的荧光种子来选择性增强受激拉曼散射的某一散射模式。     

表面增强拉曼光谱快速检测毒品海洛因

荧光的干扰使得毒品海洛因难以直接进行拉曼光谱检测。本文将表面增强拉曼散射(SERS)技术引入到毒品海洛因的快速检测,首次获得它的表面增强拉曼特征峰。采用此法成功检测了来自海关的20批毒品海洛因样品,对其它粉末的检测中没有出现误报现象。这表明表面增强拉曼光谱可用于对海洛因的准确检测。     

拉曼光谱编码的荧光液相生物芯片检测系统研究

随着医疗诊断需求的增加,生物分子检测技术越来越受到人们的重视,液相生物芯片技术作为一种高通量,多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片,并利用自行搭建的一套高灵敏度、高分辨率的光学系统,实现对液相生物芯片的定性与定量分析。光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光,通过二向色镜,带反反射镜与物镜汇聚到样品上,样品产生的拉曼散射光,经物镜,带反反射镜,二向色镜与拉曼滤波片,最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上,光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。荧光显微成像系统应用光学成像原理,通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离,使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上,样品激发出的荧光,通过物镜,带反反射镜,二向色镜,滤波片与相应的凹透镜,最后成像到面阵CCD上。改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片,在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测,以完成对每个编码玻片的定性识别,即解码;同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图,根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强,光谱分辨率更高等优点。该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体,解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题,并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析,提升了实验结果的准确性。     

激光拉曼光谱对苯的低浓度探测研究

激光拉曼光谱技术是基于拉曼散射理论的检测技术,具有快速、无损、样品无需预处理等优点。运用激光拉曼光谱技术对苯的25种不同浓度的样品进行了研究,结果表明,在184.8g/L~0.264g/L浓度范围内,苯的振动拉曼光谱强度与其浓度呈线性关系,利用最小二乘法拟合得到线性相关系数R=0.99626,检出限为0.223g/L。     

基于空间位移拉曼光谱的皮肤含水量无创检测

基于空间位移拉曼光谱原理,搭建了一套可以实现微小空间位移的装置,确定了最优的空间位移距离为300μm,用于穿透皮肤表层,减少皮肤表面水份、油脂等污染物的干扰,最终采集到皮肤内层的水份拉曼信号。该装置采用拉曼波数在3 390 cm^-1(水拉曼峰)和2 935 cm^-1(蛋白峰)处的强度之比确定组织中的水-蛋白比例,采用便携式光谱仪使设备便于移动,探头和光谱仪以光纤相连使探头可灵活操作,设计满足临床使用要求。实验中检测了7个人、每人10个共70个不同位置的皮肤光谱,将光谱进行去背景算法处理,然后得到精确的拉曼峰强度。以电学法皮肤水份测试仪测试结果作为对比,以组内相关系数作为一致性分析指标,由单个测量组内相关系数为0.889可以看出,基于空间位移拉曼光谱法的人体活体皮肤含水量检测具有较高可行性。     

人全血的毛细管显微拉曼光谱分析

血液中含有众多生物信息,如激素、酶、抗体等丰富的蛋白质成分。通过对血液中众多生物信息进行检测鉴定可以起到对该血液种属判定、溯源的目的。因此,血液检测技术的发展在诸如刑事案件侦破、物种鉴定、疾症预防等领域具有重要意义。目前,传统血液检测手段多为显微观测、免疫法、DNA/基因检测法等,这些技术会对血液样本造成不可逆转的破坏性,且存在分析周期长、结构装置复杂、试验价格昂贵等问题。随着激光技术的发展,拉曼光谱技术作为一种非线性散射光谱技术,在血液检测技术中得到了应用。在血液检测技术中,拉曼光谱技术通常与共聚焦显微系统结合,对涂在载玻片上或盛放在透明容器中的血液样品进行光谱信号采集。该技术具有快速、无损等优势,但复杂的光路系统及昂贵的实验装置限制了该技术的广泛推广。为提出一种装置简单、操作简便的血液拉曼检测新技术,研究采用基于毛细管的显微拉曼技术方案采集并分析人全血的拉曼信号。血液样品通过毛细管的虹吸效应取样,与载玻片的涂样方式相比毛细管的方案具有模拟人血管、维持血液活性、减小空气对实验过程中血液成分的影响、降低激光对血液样品的灼伤效果等优势。为避开可见光部分荧光较强区域的荧光干扰,研究采用360 nm紫外激光器作为激发光源,防止可见荧光信号的干扰。积分时间设为800 ms,有效避免因激光长时间照射对血液样品的灼伤效果,影响实验数据的稳定性与真实性,光谱平均次数为2次,避免单次测量所带来的数据的不准确性影响。光谱扫描范围为500～1 800 cm-1, 结果表明此范围内可较好的避开可见光部分荧光较强区域的干扰。测得的拉曼光谱信号通过滤波去噪及基线校正进行处理。首先采用5阶离散小波变换滤波,进行1层信号分解,滤除高频噪声信号,保留低频有效信号,从而去除杂散信号,对光谱有效信号进行提取。其次,采用4阶多项式拟合扣除基底的基线校正,实现人全血的毛细管显微拉曼光谱峰值信号的提取。最终,通过查询SDBS数据库以及人血样本通过reishaw共聚焦显微拉曼光谱仪测量所得光谱图进行验证发现测得信号中部分为人体内数种氨基酸成分的拉曼信号。实验研究发现,基于毛细管的显微拉曼实验系统与常规拉曼探头实验系统相比,拉曼信号更稳定、重复性高,可有效提取人全血中的拉曼光谱信号, 而其与高精度的共聚焦显微拉曼系统相比价格便宜、结构简单、易于推广等优点,但信号信噪比、有效信号的峰值强度上仍有进一步的提升,是一种测量人全血拉曼信号的可行方案。     

双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术的实验研究

双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射同属于三阶非线性效应,二者之间的差异与联系是一个值得研究的问题.本文基于自行搭建的超连续谱近红外宽带相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统进行光谱成像,同时通过理论与实验对比分析了双光子荧光与相干反斯托克斯拉曼散射图像存在差异的原因.结果表明,具有亚微米以上横向分辨率的相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,可以使用较大尺寸的荧光珠进行双光子荧光成像,通过解卷积得到双光子荧光成像的系统分辨率,并将它近似等效于相干反斯托克斯拉曼散射成像系统的当下分辨率.如果需要得到相干反斯托克斯拉曼散射成像系准确的分辨率结果,就必须使用尺寸比相干反斯托克斯拉曼散射成像系统实际分辨率小的球形样品进行实验测量.     

远距离探测拉曼光谱特性

为了发展远距离探测未知或危险物质的方法, 设计并建立了近同轴可见光远距离拉曼光谱探测实验装置, 对硝酸盐固体样品进行了距离为2-10 m的拉曼光谱测量, 初步研究了拉曼信号强度与激发光功率、探测距离、样品浓度及样品表面方向之间的关系. 实验观察到三种硝酸盐在1050 cm^-1附近的拉曼谱线, 其微小的差异可作为识别特征. 硝酸铵的特征拉曼谱线强度正比于激发光功率, 近似平方关系; 与探测距离之间趋向于二次反比关系; 与样品浓度接近指数关系; 与样品表面朝向有近似余弦函数的关系.     

金纳米粒子掺杂DNA-CTMA-DPFP薄膜的表面增强拉曼散射特性

采用柠檬酸三钠还原氯金酸和离子交换法制备金纳米粒子掺杂DNA-CTMA材料,利用钯催化反应合成9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴荧光染料(DPFP),将DPFP与DNA-CTMA混合后,旋凃制备金纳米粒子掺杂的DNA-CTMA-DPFP薄膜样品。通过吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的测量,研究了薄膜样品的光学特性和表面增强拉曼散射(SERS)特性。实验结果表明,薄膜样品在300～360 nm的吸收主要来自DPFP,在500～700 nm的吸收来自样品中金纳米粒子的局域表面等离子共振;样品在370,386,408 nm处的荧光峰分别对应DPFP的S₁₀-S₀₀、S₁₀-S₀₁和S₁₀-S₀₂能级的电子振动跃迁;在785 nm激光激发下,薄膜样品的拉曼散射主要来自DPFP分子,随着金纳米粒子掺杂比的增大,DPFP分子的拉曼散射峰强度逐渐增强。因此,金纳米粒子掺杂DNA-CTMA薄膜适合作为多种染料分子的SERS基底。