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Reconstructing in vivo spatially offset Raman spectroscopy of human skin tissue using a GPU-accelerated Monte Carlo platform
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作者 张云鹤 朱桓正 +6 位作者 董泳江 曾佳 韩新鹏 Ivan A.Bratchenko 张富荣 许思源 王爽 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期140-150,共11页
As one type of spatially offset Raman spectroscopy(SORS), inverse SORS is particularly suited to in vivo biomedical measurements due to its ring-shaped illumination scheme. To explain inhomogeneous Raman scattering du... As one type of spatially offset Raman spectroscopy(SORS), inverse SORS is particularly suited to in vivo biomedical measurements due to its ring-shaped illumination scheme. To explain inhomogeneous Raman scattering during in vivo inverse SORS measurements, the light–tissue interactions when excitation and regenerated Raman photons propagate in skin tissue were studied using Monte Carlo simulation. An eight-layered skin model was first built based on the latest transmission parameters. Then, an open-source platform, Monte Carlo e Xtreme(MCX), was adapted to study the distribution of 785 nm excitation photons inside the model with an inverse spatially shifted annular beam. The excitation photons were converted to emission photons by an inverse distribution method based on excitation flux with spatial offsets Δs of 1 mm, 2 mm, 3 mm and 5 mm. The intrinsic Raman spectra from separated skin layers were measured by continuous linear scanning to improve the simulation accuracy. The obtained results explain why the spectral detection depth gradually increases with increasing spatial offset, and address how the intrinsic Raman spectrum from deep skin layers is distorted by the reabsorption and scattering of the superficial tissue constituents. Meanwhile, it is demonstrated that the spectral contribution from subcutaneous fat will be improved when the offset increases to 5 mm, and the highest detection efficiency for dermal layer spectral detection could be achieved when Δs = 2 mm. Reasonably good matching between the calculated spectrum and the measured in vivo inverse SORS was achieved, thus demonstrating great utility of our modeling method and an approach to help understand the clinical measurements. 展开更多
关键词 Monte Carlo simulation tissue optical model spatially offset raman spectroscopy
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Optical penetration of surface-enhanced micro-scale spatial offset Raman spectroscopy in turbid gel and biological tissue 被引量:6
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作者 Yumin Zhang Li Lin +1 位作者 Jing He Jian Ye 《Journal of Innovative Optical Health Sciences》 SCIE EI CAS 2021年第4期31-44,共14页
The limited penetration of photons in biological tissue restricts the deep-tissue detection and imaging application.The micro-scale spatially offset Raman spectroscopy(micro-SORS)with an optical fiber probe,colleting ... The limited penetration of photons in biological tissue restricts the deep-tissue detection and imaging application.The micro-scale spatially offset Raman spectroscopy(micro-SORS)with an optical fiber probe,colleting photons from deeper regions by offsetting the position of laser excitation from the collection optics in a range of hundreds of microns,shows great potential to be integrated with endoscopy for inside-body noninvasive detection by circumventing this restric-tion,particularly with the combination of surface-enhanced Raman spectroscopy(SERS).However,a detailed tissue penetration study of micro-SORS in combination with SERS is still lacking.Herein,we compared the signal decay of enhanced Raman nanotags through the tissue phantom of agarose gel and the biological tissue of porcine muscle in the near-infrared(NIR)region using a portable Raman spectrometer with a micro-SORS probe(2.1 mm in diameter)and a conventional hand-held probe(9.7mm in diameter).Two kinds of Raman nanotags were prepared from gold nanorods decorated with the nonresonant(4-nitrobenzenethiol)or resonant Raman reporter molecules(IR-780 iodide).The SERS measurements show that the penetration depths of two Raman nanotags are both over 2 cm in agarose gel and 3 mm in porcine muscle.The depth could be improved to over 4 cm in agarose gel and 5 mm in porcine tissue when using the micro-SORS system.This demonstrates the superiority of optical-fiber micro-SORS system over the conventional Raman detection for the detection of nanotags in deeper layers in the turbid medium and biological tissue,offering the possibility of combining the micro-SORS technique with SERS for noninvasive in vivo endoscopy-integrated clinical application. 展开更多
关键词 spatial offset raman spectroscopy surface-enhanced raman spectroscopy noninva-sive fiber-bundle probe ENDOSCOPY
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Combined spatial frequency spectroscopy analysis with visible resonance Raman for optical biopsy of human brain metastases of lung cancers 被引量:1
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作者 Yan Zhou Cheng-Hui Liu +8 位作者 Yang Pu Binlin Wu Thien An Nguyen Gangge Cheng Lixin Zhou Ke Zhu Jun Chen Qingbo Li Robert R.Alfano 《Journal of Innovative Optical Health Sciences》 SCIE EI CAS 2019年第2期93-104,共12页
The purpose of this study is to examine optical spatial frequency spectroscopy analysis(SFSA)combined with visible resonance Raman(VRR)spectroscopic method,for thefirst time,to discriminate human brain metastases of l... The purpose of this study is to examine optical spatial frequency spectroscopy analysis(SFSA)combined with visible resonance Raman(VRR)spectroscopic method,for thefirst time,to discriminate human brain metastases of lung cancers adenocarcinoma(ADC)and squamous cell carcinoma(SCC)from normal tissues.A total of 31 label-free micrographic images of three type of brain tissues were obtained using a confocal micro-Raman spectroscopic system.VRR spectra of the corresponding samples were synchronously collected using excitation wavelength of 532 nm from the same sites of the tissues.Using SFSA method,the difference in the randomness of spatial frequency structures in the micrograph images was analyzed using Gaussian functionfitting.The standard deviations,calculated from the spatial frequencies of the micrograph images were then analyzed using support vector machine(SVM)classifier.The key VRR biomolecularfingerprints of carotenoids,tryptophan,amide II,lipids and proteins(methylene/methyl groups)were also analyzed using SVM classifier.All three types of brain tissues were identified with high accuracy in the two approaches with high correlation.The results show that SFSA–VRR can potentially be a dual-modal method to provide new criteria for identifying the three types of human brain tissues,which are on-site,real-time and label-free and may improve the accuracy of brain biopsy. 展开更多
关键词 spatial frequency spectroscopy analysis(SFSA) visible resonance raman(VRR) human brain metastatic lung cancer photomicrograph image support vector machine(SVM)
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Study of Raman Spectroscopy to detect the Underlying Substance Concealed below Diffusely Scattering Medium
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作者 Xiaohua Zhang Ji Zhang +3 位作者 Haifeng Zhang Jianxin Lu Leijian Wang Yongsheng Xu 《Optics and Photonics Journal》 2013年第2期272-276,共5页
Measurement and comparison of NaNO3 powder concealed in opaque and semi-transparent plastic bottles are carried out through conventional Raman spectroscopy and spatially offset Raman spectroscopy individually. The act... Measurement and comparison of NaNO3 powder concealed in opaque and semi-transparent plastic bottles are carried out through conventional Raman spectroscopy and spatially offset Raman spectroscopy individually. The action mechanism why the spatially offset Raman spectroscopy can effectively detect the medium concealed in the non-transparent bottle is analyzed. The spatially offset Raman spectroscopy breaks through the detection neck of the conventional Raman spectroscopy (the detection depth is small and cannot detect the ingredient of the subsurface under non-transparent medium), and the measurement and identification of the substance concealed in the non-transparent medium (opaque/semi-transparent plastic) bottle have been realized. 展开更多
关键词 spatially OFFSET raman spectroscopy Opaque/sub-transparent Plastic BOTTLE INGREDIENT of the SUBSURFACE DIFFUSE Scattering
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Raman spectra and structure study of silicate glasses and their liquids 被引量:4
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作者 YOU Jinglin JiANG Guochang CHEN Hui XU Kuangdi 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第5期431-436,共6页
Stress index of tetrahedron (SIT) was defined to describe the topological connectivities among various sili- con-oxygen tetrahedra (SiOT) in anionic clusters of binary silicate crystals, glasses, and melts. It was... Stress index of tetrahedron (SIT) was defined to describe the topological connectivities among various sili- con-oxygen tetrahedra (SiOT) in anionic clusters of binary silicate crystals, glasses, and melts. It was found that the value of SIT was well correlated with the wavenumber of Raman active symmetric stretching vibration of non-bridging oxygen of SiOT. The spatial fractional dimension of hyperfine structure was introduced while comparative analysis was made with the value of SIT. It can be concluded that the concepts of SIT, vibrational wavenumber, and spatial fractional dimension were inherently and holographically correlated and exhibit isomorphic representations of complex structure of binary silicates. Experimental Raman spectra of binary silicates with different alkali cations were investigated. It was demonstrated that alkali cations have little effect on the vibrational wavenumber of symmetric stretching of non-bridging oxygen (NBO) of SiOT, but remarkably affect its Raman active optical cross section, as was consensus resulted from ab initio calculation. It can also be concluded that the spatial fractional dimension of binary silicate is predominantly determined by the hyperfine structure of the anionic clusters and little affected by alkali cations, although the species of anionic clusters and their distributions were originally assigned by the content of alkali oxides. And Raman optical activity extinct effect of isolated SiOT at high basicity should be considered while being applied to quantitatively analysis. 展开更多
关键词 raman spectroscopy silicate microstructure spatial fractional dimension
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Thermal behavior of materials in laser-assisted extreme manufacturing:Raman-based novel characterization 被引量:3
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作者 Ridong Wang Shen Xu +1 位作者 Yanan Yue Xinwei Wang 《International Journal of Extreme Manufacturing》 2020年第3期86-102,共17页
Laser-assisted manufacturing(LAM)is a technique that performs machining of materials using a laser heating process.During the process,temperatures can rise above over 2000°C.As a result,it is crucial to explore t... Laser-assisted manufacturing(LAM)is a technique that performs machining of materials using a laser heating process.During the process,temperatures can rise above over 2000°C.As a result,it is crucial to explore the thermal behavior of materials under such high temperatures to understand the physics behind LAM and provide feedback for manufacturing optimization.Raman spectroscopy,which is widely used for structure characterization,can provide a novel way to measure temperature during LAM.In this review,we discuss the mechanism of Raman-based temperature probing,its calibration,and sources of uncertainty/error,and how to control them.We critically review the Raman-based temperature measurement considering the spatial resolution under near-field optical heating and surface structure-induced asymmetries.As another critical aspect of Raman-based temperature measurement,temporal resolution is also reviewed to cover various ways of realizing ultrafast thermal probing.We conclude with a detailed outlook on Raman-based temperature probing in LAM and issues that need special attention. 展开更多
关键词 raman spectroscopy temperature response spatial resolution temporal resolution ultrafast characterization
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空间偏移拉曼光谱分析技术及其在食品次表层检测中的应用 被引量:1
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作者 刘振方 黄敏 +2 位作者 朱启兵 赵鑫 闫胜琪 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1201-1208,共8页
空间偏移拉曼光谱(SORS)是一种应用于浑浊/分层介质深层无损检测的新型拉曼光谱分析技术。分层物质不同深度的拉曼信号随传输距离增加对探测器的贡献产生规律性变化,SORS技术通过采集偏移激光入射点不同距离的拉曼光谱,结合最佳偏移距... 空间偏移拉曼光谱(SORS)是一种应用于浑浊/分层介质深层无损检测的新型拉曼光谱分析技术。分层物质不同深度的拉曼信号随传输距离增加对探测器的贡献产生规律性变化,SORS技术通过采集偏移激光入射点不同距离的拉曼光谱,结合最佳偏移距离信号增强、次表层谱峰识别、次表层信号分离等方法降低表层的干扰,获取纯净的次表层物质拉曼信号,然后借助拉曼的分子特异性实现无损的次表层物质定性和定量检测。介绍了空间偏移拉曼光谱技术的基本概念及测量技术,详细阐述了空间偏移拉曼光谱数据的分析方法及该技术在食品次表层检测中的应用,讨论了空间偏移拉曼光谱技术的限制条件并展望了该领域的未来发展。 展开更多
关键词 空间偏移拉曼光谱 次表层无损检测 食品品质检测 信号识别 信号分离
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空间偏移拉曼光谱技术及其应用研究进展
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作者 胡仪 钟航 +2 位作者 刘樱 陈骏 陈钧 《光散射学报》 北大核心 2024年第3期271-289,共19页
拉曼光谱技术,作为一种强大的表征分析工具,在各学科领域中均有广泛的应用。然而,一般的拉曼光谱技术缺乏分辨固态材料内部成分的能力,难以有效揭示材料的纵向结构。空间偏移拉曼光谱技术(spatially offset Raman spectroscopy, SORS)... 拉曼光谱技术,作为一种强大的表征分析工具,在各学科领域中均有广泛的应用。然而,一般的拉曼光谱技术缺乏分辨固态材料内部成分的能力,难以有效揭示材料的纵向结构。空间偏移拉曼光谱技术(spatially offset Raman spectroscopy, SORS)作为拉曼光谱技术的创新分支,凭借其无损剖析样品内部结构与成分的独特能力,近年来逐渐受到广泛的关注。本综述系统梳理了近些年SORS技术的研究进展,阐述了SORS技术的原理,介绍了蒙特卡洛方法用于揭示SORS原理的相关研究,并总结了常见的SORS光学几何构型。在应用层面,本综述重点介绍了SORS技术在生物组织、药品和食品以及文物艺术作品等领域的应用研究。通过具体案例,展示了SORS技术在无损检测、成分分析以及结构剖析等方面的实际应用效果,凸显了其在相关领域中的重要价值。最后,结合SORS技术的独特优势以及当前面临的挑战,本综述对其未来应用前景进行了展望。随着技术的不断进步和完善,SORS技术有望在更多领域发挥重要作用,为科学研究和实际应用提供有力支撑。 展开更多
关键词 空间偏移拉曼光谱 无损检测 结构解析 数据重构 成分分析
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超声波作用于大豆分离蛋白-磷脂复合体系的流变性和拉曼光谱变化 被引量:11
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作者 毕爽 隋晓楠 +4 位作者 韩天翔 李杨 王中江 齐宝坤 江连洲 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第21期61-66,共6页
研究超声波低功率(100 W)、中功率(300 W)和高功率(450 W)在不同的时间条件下(12、24 min)对大豆分离蛋白-磷脂复合体系结构和功能性质的影响。扫描电子显微镜及流变学实验显示低、中功率超声波处理形成的凝胶结构致密均匀、弹性模量G... 研究超声波低功率(100 W)、中功率(300 W)和高功率(450 W)在不同的时间条件下(12、24 min)对大豆分离蛋白-磷脂复合体系结构和功能性质的影响。扫描电子显微镜及流变学实验显示低、中功率超声波处理形成的凝胶结构致密均匀、弹性模量G’较高,且300 W条件下处理24 min时,样品凝胶性质最好。采用光谱学实验验证后发现,大豆分离蛋白-磷脂复合体系构象的变化是影响其凝胶性质的主要因素;拉曼光谱实验结果表明:超声波改变了大豆分离蛋白的二级结构以及色氨酸、酪氨酸所处的微环境,暴露疏水性基团,使其更易与大豆卵磷脂发生疏水相互作用,且低、中功率条件下超声波对大豆分离蛋白和磷脂交互作用的影响较大。超声波功率进一步增大(450 W)使大豆分离蛋白发生不溶性聚集,减弱了与磷脂间的相互作用,复合体系的功能性质随之下降。 展开更多
关键词 超声波处理 大豆分离蛋白-磷脂复合体系 荧光光谱 拉曼光谱 空间结构
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基于空间外差的拉曼信号处理方法研究 被引量:2
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作者 王新强 胡峰 +5 位作者 熊伟 叶松 李树 甘永莹 银珊 王方原 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期93-98,共6页
空间外差拉曼光谱技术是近年兴起的一种超光谱探测技术,它既具有拉曼光谱测量的非接触、快速、简单、可重复、无需样品准备等特点,更具有空间外差的超光谱分辨率、高通量、无运动部件优点,能在被测物质特征波长中心范围探测,实现微弱拉... 空间外差拉曼光谱技术是近年兴起的一种超光谱探测技术,它既具有拉曼光谱测量的非接触、快速、简单、可重复、无需样品准备等特点,更具有空间外差的超光谱分辨率、高通量、无运动部件优点,能在被测物质特征波长中心范围探测,实现微弱拉曼光信号的直接测量。由于被测信号微弱、光学元件加工精度、器件封装及仪器安装误差等原因,会导致空间外差拉曼光谱仪(SHRS)接收到的干涉图存在光强分布不均匀、干涉条纹倾斜或扭曲等现象,从而使普通光谱恢复方法得到光谱信号准确度下降或无法识别。根据SHRS探测到的干涉图所存在的误差特点,将二维傅里叶变换应用于SHRS干涉图的光谱复原,提出基于二维频域谱重采样的最强直线方向光谱提取方法,以实现SHRS光谱的获取。提取过程为:将采集的目标干涉图进行二维傅里叶变换,获得二维频谱图,通过使用相同实验系统采集的单波长或多波长光源的二维频谱信号特征峰的位置信息,拟合获取光信息强度最大方向直线方程。然后根据该直线与目标二维频谱图各列交点坐标位置,确定重采样贡献像元及权重。对拟合直线方程经过的所有列像元进行重采样,得到最终的光谱信号。将该方法应用于自行搭建实验系统采集的三叶草干涉图数据,同时与其他方法光谱复原结果进行对比。结果表明:与一维行平均光谱法比较,该方法获取的光谱在探测波段中心区域信号强度更加明显,同时消除了探测器热噪声的影响;与二维频谱中心行直接提取法比较,该方法是该方法的改进版本,两者结果比较接近。但是由于考虑到干涉条纹y分量的影响,沿二维频谱信号最强方向重采样得到的最终光谱,其主峰半峰宽更窄、边频噪声强度更小,且随着y分量的增加,光谱复原效果及优势将越发明显。该方法是空间外差拉曼光谱技术数据处理的一种有益补充与尝试。 展开更多
关键词 光谱学 空间外差拉曼 干涉图 二维频谱图
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抗菌肽A与抗菌肽B空间构象的喇曼光谱分析 被引量:2
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作者 张双全 余多慰 +1 位作者 柯惟中 戴祝英 《南京师大学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1998年第4期58-63,共6页
通过抗菌肽A与抗菌肽B两种分子的粉末固体状态、水溶液状态空间构象的喇曼光谱分析,表明这两种抗菌肽具有不同的主链构象,在固态中分别以无规卷曲、α螺旋为主,在水溶液中分别以α螺旋、β结构为主.两种分子在水溶液中C-S侧链... 通过抗菌肽A与抗菌肽B两种分子的粉末固体状态、水溶液状态空间构象的喇曼光谱分析,表明这两种抗菌肽具有不同的主链构象,在固态中分别以无规卷曲、α螺旋为主,在水溶液中分别以α螺旋、β结构为主.两种分子在水溶液中C-S侧链构象分别为扭式与反式.但色氨酸侧链环境分析表明,两种分子在水溶液中均为色氨酸残基处于部分或完全暴露状态。 展开更多
关键词 抗菌肽A 抗菌肽B 空间构象 激光喇曼光谱
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基于空间外差的三叶草拉曼特征光谱测量实验研究 被引量:1
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作者 王新强 葛浩然 +5 位作者 熊伟 叶松 王方原 甘永莹 汪杰君 李树 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2110-2115,共6页
空间外差光谱技术凭借超高光谱分辨率、高通量、瞬态探测、无运动部件等优势,在星际暗物质及大气微量气体成分等微弱光谱信号检测方面得到广泛应用。为了探索一种基于空间外差光谱技术实现物质拉曼光谱(RS)快速、直接检测的可行性,选择... 空间外差光谱技术凭借超高光谱分辨率、高通量、瞬态探测、无运动部件等优势,在星际暗物质及大气微量气体成分等微弱光谱信号检测方面得到广泛应用。为了探索一种基于空间外差光谱技术实现物质拉曼光谱(RS)快速、直接检测的可行性,选择三叶草作为测量对象,使用一体化HEP-765-S空间外差光谱系统作为拉曼特征光谱探测器,配合特定波长激光器搭建系统,开展拉曼特征光谱直接测量实验。首先使用Gaussview6.0构建三叶草所含主要色素:叶绿素a、叶绿素b、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的分子结构,然后利用Gaussian16获取优化的仿真RS,分析四种色素最强拉曼谱峰的波段范围,确定四种成分的强信号特征波段为1 537~1 800 cm^-1。根据激发光源与拉曼位移的理论关系,结合探测系统759~769 nm的检测波段范围,计算出用波长680 nm的激光器作为光源激发拉曼信号,可保证四种色素强特征拉曼信号正好落在探测范围,且可避开光源瑞利散射光及荧光干扰的影响。最终购置中心波长为680.28 nm的激光器与HEP-765-S空间外差光谱系统搭配开展三叶草强峰拉曼信号的直接检测实验。实验结果表明:搭建系统能够实现三叶草RS的直接测量,但是所测拉曼信号强度偏弱,这主要是两方面原因造成:(1)由于所用激光器的输出功率峰值偏小,约为130 mW;(2)所用HEP-765-S空间外差光谱系统为一体化设计仪器,软硬件系统及参数固化后不能进行调整,仪器数据采集的最大积分时间偏小,设定值为832 ms。光源功率不够大且仪器积分时间小共同导致采集信号偏弱。通过与仿真光谱比较,实测光谱在使用空间外差系统探测波段与三叶草叶片内四种主要色素拉曼信号叠加的包络基本一致,中央主峰与两端次峰都符合较好,实测光谱与仿真光谱具有较好一致性,说明采用空间外差系统对物质拉曼信号进行快速、直接检测具有可行性。 展开更多
关键词 空间外差光谱仪 拉曼光谱 Gaussian仿真 三叶草
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探测非透明介质下深层成分的拉曼光谱技术研究 被引量:1
13
作者 张晓华 张骥 +6 位作者 张海峰 路建新 孙书营 王雷剑 徐永生 王晓洁 汤秀章 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期518-522,共5页
本文分别采用传统拉曼光谱装置及空间偏移拉曼光谱装置,对不/半透明塑料瓶装的NaNO3粉末进行了测量和对比,并对空间偏移拉曼光谱技术对非透明塑料瓶装介质进行有效探测的作用机理进行了分析。空间偏移拉曼光谱技术突破了传统拉曼光谱测... 本文分别采用传统拉曼光谱装置及空间偏移拉曼光谱装置,对不/半透明塑料瓶装的NaNO3粉末进行了测量和对比,并对空间偏移拉曼光谱技术对非透明塑料瓶装介质进行有效探测的作用机理进行了分析。空间偏移拉曼光谱技术突破了传统拉曼光谱测量技术的瓶颈(探测深度小,不能对非透明介质覆盖下的深层成分进行探测),实现了对非透明介质(不/半透明塑料瓶)中物质成分(NaNO3)的测量和识别。 展开更多
关键词 空间偏移拉曼光谱 半透明塑料瓶 深层成分 漫散射
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针尖增强拉曼光谱:技术、应用和发展 被引量:7
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作者 任斌 王喜 《光散射学报》 2006年第4期288-296,共9页
本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述了针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点及最新进展。利用单晶电极上单分子层吸附物种的TERS研究和单壁碳纳米管的TERS成像例证了TERS所具有的高检测灵敏度和高空间分辨... 本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述了针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点及最新进展。利用单晶电极上单分子层吸附物种的TERS研究和单壁碳纳米管的TERS成像例证了TERS所具有的高检测灵敏度和高空间分辨率。介绍了TERS理论的最新研究进展,并对TERS的应用前景做了预测。 展开更多
关键词 针尖增强拉曼光谱 表面增强拉曼光谱 空间分辨率 灵敏度 纳米颗粒 单晶
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表面增强拉曼光谱的研究进展 被引量:54
15
作者 任斌 田中群 《现代仪器》 2004年第5期1-8,13,共9页
本文从提高表面拉曼光谱检测灵敏度和空间分辨率两个方面的发展叙述表面增强拉曼光谱和针尖增强拉曼光谱的原理、方法、特点以及最新进展。对利用表面增强拉曼光谱和针尖增强拉曼光谱研究金属表面上分子吸附等方面的应用进行总结 。
关键词 表面增强拉曼光谱 分子 检测灵敏度 金属表面 吸附 空间分辨率 研究进展 针尖 预测 方法
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用于远程探测的空间外差拉曼光谱技术研究 被引量:9
16
作者 胡广骁 熊伟 +4 位作者 罗海燕 施海亮 李志伟 沈静 方雪静 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3951-3957,共7页
空间外差拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有光通量大、高分辨率、无移动部件等技术优势,非常适用于行星探测任务中,对行星表面的矿物及有机物进行分析,探寻可能存在的生命标志物。作者将这一技术运用于远程拉曼光谱探测中,... 空间外差拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有光通量大、高分辨率、无移动部件等技术优势,非常适用于行星探测任务中,对行星表面的矿物及有机物进行分析,探寻可能存在的生命标志物。作者将这一技术运用于远程拉曼光谱探测中,对远程空间外差拉曼光谱仪的光谱分辨率、光谱范围及信噪比等主要特性进行了分析与实验验证。文章对远程空间外差拉曼光谱探测的基本原理进行了简述,设计搭建了一套实验平台,并进行了定标,验证了其性能参数。在此基础上,获取了10m处部分无机固体样品、有机样品及天然矿物的拉曼散射信号,对系统信噪比进行了估计。由于装调精度不高、光学器件缺陷等原因,系统远非理想。但测试结果表明,对于大部分样品的主要拉曼散射峰,系统信噪比优于5,基本可以满足清楚分辨典型拉曼谱峰的要求,依然可以证明这一技术的可行性。空间外差拉曼光谱技术可以弥补色散型光栅光谱仪与傅里叶变换型光栅光谱仪的主要技术缺陷,在行星表面物质探测与分析领域具有较大的应用前景。作者对于这一技术的研究一定程度上证明了空间外差拉曼光谱技术在远程探测方面的潜力,可为远程空间外差拉曼光谱仪的工程实现提供参考。 展开更多
关键词 空间外差拉曼光谱技术 远程探测 高光谱 干涉 傅里叶变换
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空间偏移拉曼光谱技术的发展及应用 被引量:9
17
作者 朱婷 刘洋 +2 位作者 吴军 王恩亮 薛峰 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期997-1004,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 空间偏移拉曼光谱 深层检测 非侵入检测 化工医疗
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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 被引量:5
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作者 张旭 王爽 +4 位作者 李洁 秦杰 王凯歌 白晋涛 贺庆丽 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1472-1476,共5页
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、... 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。 展开更多
关键词 逆向空间偏移拉曼光谱技术 药品检测 不/半透明容器 深层成分
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空间外差拉曼光谱仪成像镜头光机热集成分析 被引量:4
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作者 张纪承 罗海燕 +3 位作者 胡广骁 李志伟 方雪静 熊伟 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期332-338,共7页
便携式空间外差拉曼光谱仪集成了光学功能镜头、干涉仪组件,以及探测器和激光器等热辐射器件,因此仪器在使用过程中存在着较为复杂的热环境,环境温度变化导致光学系统性能下降。采用光机热集成分析方法,重点研究了环境温度及热辐射器件... 便携式空间外差拉曼光谱仪集成了光学功能镜头、干涉仪组件,以及探测器和激光器等热辐射器件,因此仪器在使用过程中存在着较为复杂的热环境,环境温度变化导致光学系统性能下降。采用光机热集成分析方法,重点研究了环境温度及热辐射器件对关键器件成像镜头的性能影响。在便携式空间外差拉曼光谱仪光学和结构方案设计的基础上,建立热-结构耦合模型;仿真得到成像功能镜头内镜片的间距和面形的变化,并利用Zernike多项式拟合其变化;将拟合结果代入光学设计软件中进行成像质量评估和分析。结果表明,在使用环境温度(-10℃~40℃)范围内,调制传递函数在光谱仪截止频率76.9lp/mm处对比度均优于0.38,满足便携式空间外差拉曼光谱仪的使用要求。 展开更多
关键词 空间外差光谱技术 拉曼光谱仪 光机热集成分析 成像镜头
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拉曼光谱技术的发展及其在生物医学领域中的应用 被引量:14
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作者 郭晓湲 排尔哈提·亚生 +2 位作者 刘晨阳 郑炜平 戴鲁筠 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第1期135-142,共8页
拉曼光谱技术自发现以来广泛应用于检测固体和液体材料的化学成分,它可利用物质的光谱“指纹”信息,区分各种物质样品、检测不同生理状况的细胞及其中的生物分子,如核酸、蛋白质等.为探索拉曼光谱在生物医学领域的应用前景,在概述拉曼... 拉曼光谱技术自发现以来广泛应用于检测固体和液体材料的化学成分,它可利用物质的光谱“指纹”信息,区分各种物质样品、检测不同生理状况的细胞及其中的生物分子,如核酸、蛋白质等.为探索拉曼光谱在生物医学领域的应用前景,在概述拉曼光谱原理的基础上,介绍拉曼光谱技术及其衍生出的其他技术,包括表面增强拉曼散射(SERS)、共振拉曼光谱(RRS)、相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)、受激拉曼光谱(SRS)技术等,最后对拉曼光谱的改进与应用提出展望. 展开更多
关键词 拉曼光谱 表面增强拉曼散射 相干拉曼光谱 空间位移拉曼光谱 生物检测 无标记成像
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