传统拉曼光谱分析技术在对容器内未知样品进行检测时极易受到容器壁的荧光和拉曼散射干扰, 其商业应用往往仅限于透明塑料或玻璃包装的情况。 由于光子在介质内部的迁移方向具有随机性, 与表层相比内部深层处产生的拉曼散射光子在扩散过程中更易于横向迁移, 因此偏离激光入射点不同距离的拉曼光谱包含了不同深度层的拉曼光谱信息。 空间偏移拉曼光谱技术通过将拉曼光收集点偏离激光入射点, 能够抑制容器壁的荧光和拉曼散射干扰, 从而实现对有色、 不透明包装内样品的有效检测。 通过设计搭建了空间偏移拉曼光谱实验装置, 实现-1.0~10.0 mm偏移距离的可调节。 使用青色、 不透明的1 mm厚PMMA平板来模拟容器壁, 使用碳酸钙（CaCO3）粉末作为内部待测样品。 分别采用传统方式（零偏移）和空间偏移方式对容器内样品进行测量。 对采集的原始光谱首先进行平均和7阶多项式拟合去除基线（荧光）, 然后以3个最大特征峰的平均值作为光谱强度的评价指标, 对空间偏移拉曼光谱信号随偏移距离的变化规律进行分析, 发现： 随着空间偏移距离的增大, 容器壁的拉曼散射强度快速下降, 而内部样品的拉曼散射强度先上升后缓慢下降； 对于均匀厚度、 各向同性的样品, 变化趋势关于零偏移两侧对称, 此外光束的斜入射会引起轻微的不对称； 在某个偏移距离处样品与容器壁的光谱强度比值达到最大值, 存在最优探测偏移距离, 对于此次样品其最优偏移距离为1.2 mm。 在容器和样品材质未知的情况下, 采用比例相减的方法仍可以得到各层干净的拉曼光谱, 通过对零偏移和最优偏移处的光谱进行计算, 分别得到容器壁和内部样品干净的拉曼光谱, 实现对内部样品的有效检测。 研究结果在一定程度上证明了空间偏移拉曼光谱技术在不透明、 有色容器内样品的检测方面的潜力, 为进一步研究空间偏移拉曼光谱技术及数据处理方法提供基础。

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。

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**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。

随着恐怖活动的蔓延, 对爆炸物的检测和溯源变得越来越重要。拉曼光谱能够提供化合物的指纹图谱, 是对物质定性分析的有力工具, 具有无损、快速、准确度高等优点, 近年来在爆炸物检测领域被广泛应用。本文介绍了共聚焦显微拉曼光谱、空间偏移拉曼光谱、表面增强拉曼光谱等拉曼光谱技术在爆炸物检测方面的应用及最新研究进展。