미세공간 오프셋 라만 분광법

Micro-spatially offset Raman spectroscopy

마이크로 공간 오프셋 라만 분광법(micro-spaceally offset Raman spectroscopy, micro-SORS)[1]은 SORS와 현미경을 결합한 분석 기법이다.이 기술은 부모 기술 SORS에서 [2]서브레이어의 해결 속성을 도출합니다.SORS와 micro-SORS의 주요 차이점은 공간 분해능입니다.SORS는 밀리미터 레이어 분석에 적합하지만 micro-SORS는 얇은 마이크로 스케일 레이어를 분해할 수 있습니다.SORS 기법과 마찬가지로 micro-SORS는 표면 아래에서 생성된 라만 광자를 탁한(확산 산란) 매체로 우선적으로 수집할 수 있다.이렇게 하면 마이크로미터 다층 혼탁계의 화학적 구성을 비파괴적으로 재구성할 수 있다.Micro-SORS는 문화유산 분야 및 법의학 분야와 같은 귀중하거나 독특한 물체를 다룰 때 또는 비파괴 분자 특성이 큰 [3]이점을 구성하는 생물의학 분야에서 특히 유용합니다.

지금까지 마이크로 SORS는 주로 [4]뼈,[5][6] 혈액, 문화재 재료, 특히 도색 층서 [7][8][9]등의 생물학적 재료를 특징짓는 데 사용되어 왔다.폴리머, 공업용지, 밀 [3]종자를 포함한 다른 재료들이 이 기술로 연구되었다.

Micro-SORS는 기존의 마이크로-Raman 계측기를 기반으로 개발되었으며, 휴대용 마이크로-SORS 프로토타입은 현재 현장 측정이 가능하고 [10][11][12]샘플링이 필요하지 않도록 더욱 최적화되어 있습니다.

작동 원리

혼탁매체에서는 공초점 라만 현미경의 깊이 분해능이 이들 재료의 [7]광학적 특성 때문에 제한된다.이러한 재료에서는, 다른 깊이에서 생성된 라만 광자가 일정수의 산란 이벤트 후에 표면에 나타난다.지표면에서 생성된 라만 광자는 입사광 위치와 비교하여 지표면에 측면으로 나타나며, 이 변위는 라만 광자가 생성된 깊이와 통계적으로 비례한다.Micro-SORS를 사용하면 레이저 들뜸 및 수집 영역(풀 마이크로-SORS)[13]을 확대(디포커스)하거나 분리하여 지표면 아래로부터 이동된 광자를 우선적으로 수집할 수 있습니다.

Micro-SORS 키 모드

Micro-SORS 키 모드

micro-SORS

디포커스(defocusing)는 이 기법의 가장 기본적인 변형으로 들뜸존과 수집존을 완전히 분리할 수 없기 때문에 이 변형은 효과가 [13]떨어집니다.그러나 디포커스 측정은 하드웨어나 소프트웨어 수정 없이 기존 마이크로 라만에서 쉽게 수행할 수 있는 큰 장점이 있습니다.디포커스(defocusing)는 분석 [1]대상 물체 또는 샘플의 표면에서 현미경 물체를 초점이 맞지 않게 이동(δz 이동)함으로써 얻을 수 있는 들뜸 및 채집 영역의 확대로 구성됩니다.µz 이동 범위는 재료의 수와 두께에 따라 일반적으로 수십에서 2mm까지입니다.

풀 마이크로 SORS

이 보다 정교한 micro-SORS 변종에서는 기존의 Raman 현미경에 하드웨어 또는 소프트웨어 변경이 필요한 레이저 들뜸 영역과 수집 영역(δx 오프셋)을 완전히 분리할 수 있습니다.분리하는(DMD)[14]off-confocal 검출을 연출하기 위한 라만 검출한 식이 섬유의 끝을 움직여 디지털 micro-mirror 장치를 사용하여 공간적으로 해결되 CCD,[4]을 사용하여 beam-steer 맞춤 mirrors,[5][6] 움직여 레이저 스폿을 대체함으로써 laser,[13]을 전달하기 위해 외부 사용하여 프로브 또는 섬유 광학을 사용함으로써 달성될 수 있다.그 signal[15]하는 o의r 초분광 SORS와 마이크로 SORS를 [16]조합하여 초점 해제를 실시합니다.풀 마이크로 SORS는 샘플에 대한 침투 깊이와 서브레이어[13] 신호의 상대적 강화 측면에서 더 효과적인 것으로 입증되었습니다.

레이어 시스템 재구성

레이어는 포커스 해제를 사용하여 재구성을 실시합니다.

마이크로층 연속을 재구성하려면 기존의 라만 스펙트럼과 최소 하나의 마이크로-SORS 스펙트럼을 수집해야 한다. 포커스 해제 거리 또는 공간 오프셋을 점진적으로 증가시키는 여러 스펙트럼을 획득하는 것이 일반적으로 미지의 물질에 접근하는 최선의 방법이다.취득한 스펙트럼의 비교를 통해 층 구성을 실현할 수 있다.공간적으로 오프셋된 스펙트럼의 디포커스에서는 표면 신호와 비교하여 서브표면층의 신호가 나타나거나 강화된다.스펙트럼 정규화 또는 감산으로서의 데이터 처리는 레이어 시퀀스를 보다 잘 시각화하기 위해 일반적으로 사용됩니다.

레이어의 두께는 알려진 [17]두께로 잘 특성화된 샘플 세트에 대한 보정 후 추정할 수 있습니다.

Micro-SORS의 기술

비파괴성은 문화유산 유물의 본질적인 가치 때문에 자연보호과학자의 주요 목표이다.Micro-SORS는 얇은 도장층의 비파괴 분석을 위해 높은 화학적 특이성을 가진 비파괴 분석 기술의 필요성을 해결하기 위해 개발되었습니다.도장된 예술품에서 도장된 필름은 일반적으로 탁한 얇은(마이크로메트릭 스케일) 색소층을 중첩하여 획득되며, 그 화학적 특성은 분해 생성물의 존재를 감지하고, 예술 기술에 대한 정보를 얻고, 연대측정 및 인증 목적을 위해 필수적이다.지금까지 Micro-SORS는 폴리크롬 조각, 채색 석고, 채색[9] 카드, 현대 거리 예술 벽화에서[8] 채색 층서학을 특징짓는 데 성공적으로 사용되었다.[7]

레퍼런스

  1. ^ a b Conti, Claudia; Colombo, Chiara; Realini, Marco; Zerbi, Giuseppe; Matousek, Pavel (2014). "Subsurface Raman Analysis of Thin Painted Layers". Applied Spectroscopy. 68 (6): 686–691. doi:10.1366/13-07376. ISSN 0003-7028. PMID 25014725.
  2. ^ Matousek, P.; Clark, I. P.; Draper, E. R. C.; Morris, M. D.; Goodship, A. E.; Everall, N.; Towrie, M.; Finney, W. F.; Parker, A. W. (2005). "Subsurface Probing in Diffusely Scattering Media Using Spatially Offset Raman Spectroscopy". Applied Spectroscopy. 59 (4): 393–400. doi:10.1366/0003702053641450. ISSN 0003-7028.
  3. ^ a b Conti, Claudia; Realini, Marco; Colombo, Chiara; Sowoidnich, Kay; Afseth, Nils Kristian; Bertasa, Moira; Botteon, Alessandra; Matousek, Pavel (2015-06-02). "Noninvasive Analysis of Thin Turbid Layers Using Microscale Spatially Offset Raman Spectroscopy". Analytical Chemistry. 87 (11): 5810–5815. doi:10.1021/acs.analchem.5b01080. ISSN 0003-2700.
  4. ^ a b Di, Ziyun; Hokr, Brett H.; Cai, Han; Wang, Kai; Yakovlev, Vladislav V.; Sokolov, Alexei V.; Scully, Marlan O. (2015-01-19). "Spatially offset Raman microspectroscopy of highly scattering tissue: theory and experiment". Journal of Modern Optics. 62 (2): 97–101. doi:10.1080/09500340.2014.976598. ISSN 0950-0340.
  5. ^ a b Buckley, K.; Atkins, C. G.; Chen, D.; Schulze, H. G.; Devine, D. V.; Blades, M. W.; Turner, R. F. B. (2016). "Non-invasive spectroscopy of transfusable red blood cells stored inside sealed plastic blood-bags". The Analyst. 141 (5): 1678–1685. doi:10.1039/C5AN02461G. ISSN 0003-2654.
  6. ^ a b Gautam, Rekha; Oh, Joo-Yeun; Patel, Rakesh P.; Dluhy, Richard A. (2018). "Non-invasive analysis of stored red blood cells using diffuse resonance Raman spectroscopy". The Analyst. 143 (24): 5950–5958. doi:10.1039/C8AN01135D. ISSN 0003-2654. PMC 6279605.
  7. ^ a b c Conti, Claudia; Colombo, Chiara; Realini, Marco; Matousek, Pavel (2015). "Subsurface analysis of painted sculptures and plasters using micrometre-scale spatially offset Raman spectroscopy (micro-SORS): Subsurface analysis of painted sculptures and plasters". Journal of Raman Spectroscopy. 46 (5): 476–482. doi:10.1002/jrs.4673.
  8. ^ a b Botteon, Alessandra; Colombo, Chiara; Realini, Marco; Bracci, Susanna; Magrini, Donata; Matousek, Pavel; Conti, Claudia (2018). "Exploring street art paintings by microspatially offset Raman spectroscopy". Journal of Raman Spectroscopy. 49 (10): 1652–1659. doi:10.1002/jrs.5445.
  9. ^ a b Rousaki, Anastasia; Botteon, Alessandra; Colombo, Chiara; Conti, Claudia; Matousek, Pavel; Moens, Luc; Vandenabeele, Peter (2017). "Development of defocusing micro-SORS mapping: a study of a 19 th century porcelain card". Analytical Methods. 9 (45): 6435–6442. doi:10.1039/C7AY02336G. ISSN 1759-9660.
  10. ^ Realini, Marco; Botteon, Alessandra; Conti, Claudia; Colombo, Chiara; Matousek, Pavel (2016). "Development of portable defocusing micro-scale spatially offset Raman spectroscopy". The Analyst. 141 (10): 3012–3019. doi:10.1039/C6AN00413J. ISSN 0003-2654.
  11. ^ Realini, Marco; Conti, Claudia; Botteon, Alessandra; Colombo, Chiara; Matousek, Pavel (2017). "Development of a full micro-scale spatially offset Raman spectroscopy prototype as a portable analytical tool". The Analyst. 142 (2): 351–355. doi:10.1039/C6AN02470J. ISSN 0003-2654.
  12. ^ Vandenabeele, Peter; Conti, Claudia; Rousaki, Anastasia; Moens, Luc; Realini, Marco; Matousek, Pavel (2017-09-05). "Development of a Fiber-Optics Microspatially Offset Raman Spectroscopy Sensor for Probing Layered Materials". Analytical Chemistry. 89 (17): 9218–9223. doi:10.1021/acs.analchem.7b01978. ISSN 0003-2700. PMID 28753322.
  13. ^ a b c d Conti, C.; Realini, M.; Colombo, C.; Matousek, P. (2015). "Comparison of key modalities of micro-scale spatially offset Raman spectroscopy". The Analyst. 140 (24): 8127–8133. doi:10.1039/C5AN01900A. ISSN 0003-2654. PMID 26526114.
  14. ^ Liao, Zhiyu; Sinjab, Faris; Gibson, Graham; Padgett, Miles; Notingher, Ioan (2016-06-13). "DMD-based software-configurable spatially-offset Raman spectroscopy for spectral depth-profiling of optically turbid samples". Optics Express. 24 (12): 12701. doi:10.1364/OE.24.012701. ISSN 1094-4087.
  15. ^ Khan, Khan Mohammad; Ghosh, Nirmalya; Majumder, Shovan Kumar (2016-09-01). "Off-confocal Raman spectroscopy (OCRS) for subsurface measurements in layered turbid samples". Journal of Optics. 18 (9): 095301. doi:10.1088/2040-8978/18/9/095301. ISSN 2040-8978.
  16. ^ Matthiae, Moritz; Kristensen, Anders (2019-02-04). "Hyperspectral spatially offset Raman spectroscopy in a microfluidic channel". Optics Express. 27 (3): 3782. doi:10.1364/OE.27.003782. ISSN 1094-4087. PMID 30732392.
  17. ^ Conti, Claudia; Realini, Marco; Colombo, Chiara; Botteon, Alessandra; Bertasa, Moira; Striova, Jana; Barucci, Marco; Matousek, Pavel (2016-12-13). "Determination of thickness of thin turbid painted over-layers using micro-scale spatially offset Raman spectroscopy". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 374 (2082): 20160049. doi:10.1098/rsta.2016.0049. ISSN 1364-503X. PMC 5095526. PMID 27799432.

「 」를 참조해 주세요.