공간상 오프셋된 라만 분광기

Spatially offset Raman spectroscopy

공간적으로 상쇄되는 라만 분광학(SORS)[1]은 라만 분광학의 변종으로 티슈, 코팅, 병 등 가려운 표면 아래의 물체를 고도로 정밀하게 화학분석할 수 있다.사용 예로는 피부 아래의 뼈,[2] 플라스틱 병 안의 태블릿,[3] 용기 내부의[4] 폭발물, 물집 팩 내부의 위조 태블릿 등의 분석을 들 수 있다.유방 종양을 검출할 수 있다는 희망을 가지고 SORS를 이용한 심층 비침습적 의료진단의 발전에도 진전이 있었다.

선원에서 멀리 반사되어 나오는 부분만 선택할 때 확산된 빛의 강도 분포.

라만 분광학은 단색광의 비탄성 산란 이벤트에 의존하여 표본의 스펙트럼 특성을 생성한다.이 기술은 보통 분자 내의 진동 운동으로 에너지를 잃어가는 단색광자에 의해 생성되는 적색 변색 광자를 사용한다.색의 변화와 비탄성 산란 확률은 광자를 산란시키는 분자의 특징이다.분자는 결합의 수와 대칭 제약에 의해서만 제한되지만 10~20개 이상의 주요 선을 생성할 수 있다.중요한 것은 혼합물이 생성하는 스펙트럼이 성분 스펙트럼의 선형 조합을 형성하여 화학적 분석을 이용한 단순한 분광 측정으로 상대 화학적 함량을 결정할 수 있다는 점이다.

방법들

기존의 라만 분광법은 확산 산란 물체의 거의 표면으로 제한된다.예를 들어, 조직에서는 표면 재료의 처음 수백 마이크로미터 깊이로 제한된다.라만 분광법은 화학적 특수성이 높은 표면의 화학적 매핑을 가능하게 하는 많은 애플리케이션(예: 태블릿 매핑)에서 이러한 목적으로 사용된다.[5]확산 산란 샘플의 표면을 벗어난 측정은 레이저 흥분 부위에서 신호 강도가 높고 수집된 신호를 지배하기 때문에 제한적이다.

기본 SORS 기술은 파벨 마투섹, 앤서니 파커, 그리고 영국의 러더포드 애플턴 연구소의 협력자들에 의해 발명되고 개발되었다.그 방법은 대부분의 물질들이 빛에 완전히 투명하거나 완전히 차단되지 않고 빛을 흩뿌리는 경향이 있다는 사실에 의존한다.예를 들어, 빨간색 레이저 포인터가 손가락 끝을 비추는 경우 - 빛은 손가락의 모든 조직에 분산된다.빛이 가는 곳마다 라만 효과로 인해 약간의 비탄성 산란이 있을 것이기 때문에, 어떤 지점에서는 물체의 대부분의 부분이 표면에 있지 않더라도 감지 가능한 라만 신호를 생성하게 될 것이다.SORS의 요령은 지배적인 흥분 부위를 피하는 측정을 하는 것이다.

SORS 측정은 최소 두 개의 Raman을 측정한다. 하나는 선원에서 그리고 다른 하나는 일반적으로 몇 밀리미터 떨어진 오프셋 위치에서 측정한다.2개의 스펙트럼은 축소된 감산을 사용해 감산할 수 있어 지표면과 지표면 스펙트럼을 나타내는 2개의 스펙트럼을 생성할 수 있다.플라스틱 병 안의 분말과 같은 단순한 2층 시스템의 경우, 분말 스펙트럼은 병 재료나 상대 신호 기여도를 알지 못한 채 측정할 수 있다.오프셋 측정을 사용하지 않고 이를 수행하는 것은 라만에서 발생하는 광자 사격 노이즈와 표면 층에서 발생하는 형광 신호에 의해 심각하게 제한될 것이다.[6]

축척 감산은 2층 시스템에서 잘 작동하지만, 겹치는 재료가 하위층(예를 들어 살아있는 조직)에 포함된 구성 요소를 포함하는 경우와 같이 더 복잡한 예시에서는 다변량 분석이 필요할 수 있다.주성분 분석과 같은 다변량 기법을 사용할 경우 다양한 오프셋 거리에서 여러 스펙트럼을 취할 필요가 있다.공간 오프셋이 증가함에 따라 표면 아래/표면 아래 스펙트럼 기여 비율이 증가한다.단, 오프셋이 증가하면 전체 신호도 감소하므로 실제 측정에서는 비율이 영원히 증가할 수 없다.

Inverse SORS는[7] SORS의 유용한 하위변수로 체내 조직 분석과 같은 특정 측정을 개선한다.집광 지오메트리와 조명을 위한 원형 지점을 사용하는 대신 집광 영역을 중심으로 한 빛의 링으로 샘플을 조명하여 일정한 간격띄우기를 유지할 수 있다.이는 총 출력 밀도를 낮추고 오프셋 거리를 단순하게 조작할 수 있는 등 몇 가지 장점이 있다.

미세공간 상쇄 라만 분광학(micro-spatial upset Raman spectroscopy, micro-SOSS)은 SORS와 현미경을 결합한다.[8]SORS와 Micro-SORS의 주요 차이점은 공간 분해능이다. SORS는 밀리미터 층의 분석에 적합하지만, Micro-SORS는 얇고 미세한 크기의 층을 해결할 수 있다.

참조

  1. ^ P Matousek; IP Clark; ERC Draper; MD Morris; et al. (Apr 2005). "Subsurface probing in diffusely scattering media using spatially offset Raman spectroscopy". Applied Spectroscopy. 59 (4): 393–400. Bibcode:2005ApSpe..59..393M. doi:10.1366/0003702053641450. PMID 15901323.
  2. ^ M. V. Schulmerich; K. A. Dooley; M. D. Morris; T. M. Vanasse; et al. (2006). "Transcutaneous fiber optic Raman spectroscopy of bone using annular illumination and a circular array of collection fibers". Journal of Biomedical Optics. 11 (6): 060502. doi:10.1117/1.2400233. PMID 17212521.
  3. ^ C. Eliasson; P. Matousek (2007). "Non-Invasive Authentication of Pharmaceutical Products through Packaging using Spatially Offset Raman Spectroscopy". Analytical Chemistry. 79 (4): 1696–701. doi:10.1021/ac062223z. PMID 17297975.
  4. ^ C. Eliasson; N.A. Macleod & P. Matousek (2007). "Non-invasive Detection of Concealed Liquid Explosives using Laser Spectroscopy". Analytical Chemistry. 79 (21): 8185–8189. doi:10.1021/ac071383n. PMID 17880183.
  5. ^ M. J. Pelletier (1999). Analytical Applications of Raman Spectroscopy. Blackwell Science. ISBN 978-0-632-05305-6.
  6. ^ N.A. Macleod; P. Matousek (2008). "Deep Noninvasive Raman Spectroscopy of Turbid Media". Applied Spectroscopy. 62 (11): 291A–304A. Bibcode:2008ApSpe..62..291M. doi:10.1366/000370208786401527. PMID 19007455.
  7. ^ P. Matousek (2006). "Inverse Spatially Offset Raman Spectroscopy for Deep Noninvasive Probing of Turbid Media". Applied Spectroscopy. 60 (11): 1341–1347. Bibcode:2006ApSpe..60.1341M. doi:10.1366/000370206778999102. PMID 17132454.
  8. ^ Conti, Claudia; Colombo, Chiara; Realini, Marco; Zerbi, Giuseppe; Matousek, Pavel (June 2014). "Subsurface Raman Analysis of Thin Painted Layers". Applied Spectroscopy. 68 (6): 686–691. doi:10.1366/13-07376. ISSN 0003-7028. PMID 25014725.