表面等离子体共振(SPR)是近年来兴起的一种光学检测技术。 其主要利用光波经全反射后产生的倏逝场与金属相互作用而感知外界介质的折射率变化。 理论上任何介质折射率变化现象的发生都能被SPR技术检测到。 在实际应用中, SPR传感器存在灵敏度不高, 检测信号不强等缺点, 因此对提高SPR传感器检测灵敏度的研究一直备受关注。 氧化石墨烯又被看成是石墨烯的氧化物, 它有着与石墨烯相近似的光电学特性, 但又比石墨烯更容易进行化学修饰, 因此被广泛用作SPR传感芯片的表面镀层来提高灵敏度。 将氧化石墨烯用于修饰SPR芯片以提高灵敏度的报道很多, 但对氧化石墨烯的使用量说法不一, 并且在制备氧化石墨烯修饰传感芯片时需要浸泡很长一段时间, 大大影响了芯片制备效率。 该研究中使用长直链功能化聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)对SPR金芯片表面进行化学改性, 用流动冲刷的方法使氧化石墨烯溶液对芯片进行修饰。 通过对折射率变化响应信号的对比, 最终确定氧化石墨烯最佳使用浓度为0.5 mg·mL-1, 并且将修饰时间降到20 min以内。 研究了不同波长入射光对氧化石墨烯修饰后芯片共振峰的影响, 并对芯片整体性能进行了评估, 得到950 nm入射光波下芯片灵敏度为243.2°·RIU-1, 品质因数(FOM)值为82.2 RIU-1。 这一数值比在原始800 nm入射波长下的同芯片灵敏度提高了33.3%, FOM值提高了36.1%; 是800 nm波长下裸金芯片灵敏度的4倍, FOM值的3.41倍。 该研究所提出快速制备氧化石墨烯修饰SPR传感芯片有着成本低, 制作快等优点, 在生化检测领域有着广阔的应用前景。

随着电子商务的快速发展, 邮件数量剧增, 在邮件中隐匿危险品已经成为犯罪分子重要的犯罪手段, 威胁公共安全和社会稳定。 邮件的安全检查变得尤为重要, 而常规的检测技术不能准确识别危险品。 太赫兹波是介于红外和微波之间的电磁波, 邮件中隐匿的爆炸物、 毒品和有害生物因子等在太赫兹波段存在特征吸收光谱, 而邮件常用的非极性包装材料可以被太赫兹波穿透。 太赫兹波还具有低能性、 相干性等特性, 这些特性使得太赫兹技术可以实现邮件隐匿危险品高灵敏度的无损检测。 文章介绍了太赫兹技术的特性, 太赫兹时域光谱系统的组成和获取光学常数的菲涅尔公式解析法。 该方法通过样品透射或反射信号和参考信号来获取包括吸收光谱在内的材料参数。 将样品的太赫兹特征吸收光谱和已建立的各种危险品的光谱特征数据库进行比对, 可以判断是否为危险品以及危险品种类。 对爆炸物、 毒品在太赫兹波段的特征吸收光谱的研究成果, 及在各种非极性材料遮挡下吸收光谱的特异性的研究进展进行了总结。 获取吸收光谱的解析法适用于较厚样品, 针对薄样品, 还介绍了一种P-谱法。 该方法不需要参考信号就能准确获取覆盖物下样品的吸收光谱。 除直接利用吸收光谱做检测外, 近些年还提出了很多其他识别危险品的方法, 如光谱动力学分析法, 化学计量学方法和基于太赫兹时域光谱的成像分析法等。 其中, 光谱动力学分析法可以很好的区分吸收频率有重叠的物质; 化学计量学方法可以对混合物进行成分的定性和定量分析; 光谱成像法可以完成较大面积的隐匿危险品识别。 分析了太赫兹时域光谱技术识别有害生物因子的可行性, 以及针对有害生物因子携带量小的特点, 总结了太赫兹时域光谱技术在提高生物因子检测灵敏度方面的研究进展。 探讨了太赫兹技术在邮件安检应用中一些有待解决的问题, 如太赫兹功率有限、 受环境因素影响较大、 缺乏统一的标准等, 展望了未来的发展趋势。

太赫兹的指纹谱特性和对非极性物质的穿透性使其在邮件隐匿危险品检测领域有巨大的应用潜力。目前,常用的太赫兹光学参数提取算法存在计算复杂、时间长和需要预知样品厚度等缺点。针对常规算法的缺点和邮件检测实时性高的要求,提出了一种根据太赫兹透射系数幅值直接计算特征吸收频率的方法。该方法只需要1次计算,节省了大量的计算时间。为了进一步提高处理速度,摒弃多次测量、均值滤波的数据处理方法,提出异常数据滤波结合低通滤波的数据处理方法,使数据测量1次完成。蔗糖和二苯甲酮样品的测试结果表明,所提方法与常规算法得到的特征吸收频率一致。

本文提出了基于光谱扫描技术的非机械扫描的表面等离子体共振(SPR)传感技术,采用白光为SPR激发光源,通过单色仪控制入射光的波长实现光谱寻址,在保证灵敏度和动态范围的同时,使系统在整个动态范围内具有较好的线性,简化了传感器结构.理论分析了光谱扫描SPR传感技术的灵敏度和动态范围,搭建了实验系统,并测量了不同浓度的酒精水混合溶液的SPR信号变化.结果表明:系统折射率测量范围为1.30-1.38,灵敏度可达3.1×105RIU.