2024年, 第36卷, 第3期　刊出日期：2024-09-01

  

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  时间门控时序选通拉曼光谱技术及背负式小型化远程拉曼光谱装备

  李翔, 陈洁茹, 王琰淇, 方吉祥

  光散射学报. 2024, 36(3): 209-219. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403001

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  时间门控时序选通拉曼光谱技术是一种精准控制激光脉冲和探测器快门时序关系，从而进行时序选通收集拉曼信号，并抑制背景干扰的拉曼光谱技术。在远程拉曼探测领域，利用时间门控可以有效阻挡环境光，使拉曼光谱获得优异的信号/噪声比。本文系统介绍了时间门控时序选通拉曼技术及其应用，其中重点关注了皮秒时间门控的技术特点与前景。最后，本文介绍了本团队自主研制的国内首台背负式小型化远程拉曼光谱装备，该装备在0~2 m内可探测到≤1 μg，13 m内可探测到≤1 mg的典型爆炸物和危险化学品目标物，在工业泄露监测、恐怖袭击预防和防爆排雷等公共安全预警与监测等方面有着广阔的应用前景。
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  时间门控拉曼光谱仪的原理与技术发展历史及其应用

  刘玉龙 a, 郭艳平b, 常瑞学b, 赵永安b

  光散射学报. 2024, 36(3): 220-248. https://doi.org/10.13883/J.ISSN1004-5929.202403002

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  时间门控拉曼光谱（TGRS）已被证明是解决荧光对拉曼信号干扰最有效的方法之一。自早期大型昂贵实验室设备（如光学克尔门）诞生以来，至今荧光抑制技术已取得了长足进步。如今，有更好更经济实惠的小型设备可供选择使用。这些精进主要归功于光谱仪和电子元件生产技术的进步，从而降低了设备的复杂性和成本。时间门控拉曼光谱仪的关键组成部分是精确的时间同步（皮秒范围），即脉冲激光激发源与灵敏快速的检测器之间的同步。在激光脉冲期间，检测器能够收集拉曼信号，而在检测器的关闭期间，由于荧光发射具有更长的延迟时间，因此可以将其排斥。由于其较短的测量周期，TG拉曼光谱还具有对环境光和热辐射的抗干扰能力。近年来，超灵敏快速探测器的研究重点集中在门控和增益型电荷耦合器件（ICCDs）上，或者集中在CMOS单光子雪崩二极管（SPADs）阵列上，这些器件同样适用于进行TG 拉曼。与门控CCDs相比，SPADs阵列具有更高的灵敏度和更好的时间分辨率，并且不需要过度冷却探测器。本文旨在回顾从早期至今国内外TG Raman技术的技术发展成果，并且介绍用TG Raman技术研究纳米二氧化锡颗粒和指甲实验结果,并且还简要讨论TG技术可能的扩展应用。
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  拉曼光谱气体检测装置设计及应用

  黄保坤 杨大鹏 赵楚秋 马昕月 沈天阳 孙睿 李雨萌 王子衿

  光散射学报. 2024, 36(3): 249-259. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403003

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  以气体状态存在的小分子，它们的拉曼光谱特征性强，谱线本征展宽小，即使在多种气体混合条件下，由于它们的特征拉曼光谱互相重叠较少，也可实现对多成分的同时检测分析。然而，气体的分子密度低，拉曼散射信号弱，限制了拉曼技术在气体检测方面的应用。本文通过多重反射光学设计，提高拉曼光谱的激发效率，通过积分球设计增大拉曼散射信号的收集效率，构建高灵敏、多组分气体同时检出装置，可以实现无接触、无损、现场、原位分析，兼备定性和定量分析功能，对气体浓度的检测浓度范围宽，还适用于同分异构体分析以及同位素取代气体分子的分析，大大拓展了拉曼光谱技术在气体检测中的应用。
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  小型化拉曼光谱仪器的研制进展

  韩聪, 林东岳, 郑星, 杨良保,

  光散射学报. 2024, 36(3): 260-270. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403004

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  拉曼光谱仪是工业研究和实验室环境中广泛使用的光学仪器，用于物质的指纹识别和分析。随着实际使用过程中对测量环境的要求变化，越来越多的小型化拉曼光谱仪被设计出来，研制更便携的拉曼光谱仪已成为研发人员的目标。小型化拉曼光谱仪可以更好的满足仪器便携式的需求，使拉曼光谱检测技术应用到更广泛的领域。本文介绍了小型化拉曼光谱仪器的研制范式和仪器的几种类型，综述了小型化仪器研究中涉及的关键技术问题，针对其应用尤其是现场毒品、毒物、环境污染物检测方面进行了介绍。最后，本文展望了未来小型化拉曼光谱仪器的研究方向和可能的应用趋势，为小型化拉曼光谱仪的进一步研制提供参考。
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  空间偏移拉曼光谱技术及其应用研究进展

  胡仪, 钟航, 刘樱, 陈骏, 陈钧,

  光散射学报. 2024, 36(3): 271-289. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403005

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  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。
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  拉曼光谱仪及其微型化

  薛兴梅, 张莉丽, 罗枭, 周琳, 张先彪, 陈昌

  光散射学报. 2024, 36(3): 290-304. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403006

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  近年来，拉曼光谱以其快速无损、分子特异性高、灵敏度高等特点在材料科学、生物医学和环境监测等领域得到了广泛应用，成为光谱分析的重要工具。然而，传统拉曼光谱仪由于尺寸庞大、成本昂贵而难以适应许多特殊应用场景，因此，人们对于微型化、低成本、高性能拉曼光谱仪的需求日益增加。硅基光电子技术的进步为拉曼光谱仪的微型化带来了新的发展机遇，使得芯片级的拉曼光谱仪成为了可能。本文对拉曼光谱仪及其微型化的发展历程进行了综述，同时，讨论了部分具有拉曼应用潜力的片上光谱仪，为已有拉曼光谱仪的微型化及微型化光谱仪的拉曼应用探究提供重要的参考，并推动技术与应用的共同发展和不断创新。
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  拉曼光谱仪基本原理和典型应用

  蒋杰, 李聪慧, 姚森浩, 申珅, 冉娜, 张洁

  光散射学报. 2024, 36(3): 305-319. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403007

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  拉曼光谱仪是一种用于记录和分析拉曼散射光谱的仪器。它由激励光源、样品舱、滤波器、色散系统、探测器和信号处理模块等多个组件组成。根据原理的不同，主要分为光栅分光式拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪。随着科学技术的不断进步，拉曼光谱仪的性能和功能不断提升。便携式拉曼光谱仪具有小型化、便携性和实时分析的特点，适用于野外和实地应用。片上拉曼光谱仪利用微纳加工技术，将光学元件集成在芯片上，实现了更小型化和高度集成的设备。拉曼光谱仪在化学成分分析、环境监测、食品检测等领域有着广泛的应用。本文简要介绍了拉曼散射原理和发展历程，以及常见拉曼光谱仪的主要组成部分和典型应用场景。
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  线扫式拉曼光谱仪的研制与生物医学应用进展-仪器专项投稿

  李逸凡 , 李小强, , 齐向东, 胡慧杰, , 宋一之,

  光散射学报. 2024, 36(3): 320-329. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403008

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  拉曼光谱技术是一种无损、高灵敏的分子成分检测技术，近年来在众多领域得到广泛应用，但由于逐点扫描的观测方式耗时较长，限制了在大面积样品拉曼扫描和成像中的应用。线扫式拉曼光谱通过线形激发光照明、同步采集线形样本区域拉曼信号的方式，相对于点扫式拉曼光谱仪成像速率获得了若干数量级的提升，从而使大面积、大数量样本具有时效性的拉曼光谱观测成为可能。本文对线扫式拉曼光谱仪的原理、搭建方式、系统结构和特点做了简要介绍，综述了其在细胞、组织观测等方面的应用进展，并对线扫式拉曼光谱性能改进及功能拓展技术进行了展望。
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  纳米孔道电化学-拉曼光谱联用技术在单分子分析中的应用

  谢保康, 刘少创, 应佚伦, 龙亿涛

  光散射学报. 2024, 36(3): 330-342. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403009

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  纳米孔道电化学技术可在单分子水平上实现无标记、高通量的分析测量。然而，纳米孔道在测量分子之间的细微差异时仅能通过离子流电信号微弱差异进行识别分析，缺少对分子结构的直接表征分析能力。纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术能够对分析物进行电化学和拉曼光谱表征，在记录孔道内分子的离子流信息的同时获取该分子的拉曼光谱，以表征该分子结构特征与组成。本综述以纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术为主题，系统介绍了等离子体纳米孔道的制备方法；阐述了纳米孔道光电联用检测仪器的技术路线；并对纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术在单颗粒分析，碱基识别，蛋白质结构分析等方面的应用进行讨论；总结了纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术在发展过程中面临的挑战与展望，为该技术后续在单分子分析方面的发展提供新的思路。
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  受激拉曼显微技术及其在免染色组织病理学的应用

  马丽阳, 罗宽, 李佳颖, 刘至杰, 季敏标,

  光散射学报. 2024, 36(3): 343-362. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202403010

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  近年来，许多基于光与物质相互作用的无标记光学成像方法被逐渐开发并在越来越多的领域发挥着重要作用。受激拉曼显微镜作为一种无标记振动成像工具，具有对组织学诊断最相关的主要生物分子的高分辨率化学特异性成像优势。在本文中，我们主要关注受激拉曼显微镜的技术发展和它在无染色和无切片快速组织成像中应用。在介绍光学原理和技术细节后，展示受激拉曼组织学在各种类型人类疾病中的应用。进一步结合深度学习算法，总结了对新鲜手术组织、胃镜活检和穿刺活检的案例研究，以展示人工智能辅助受激拉曼组织学在各种应用场景中的潜力。