激光拉曼光谱与IP 板相关研究

　　摘要：随着计算机图像处理技术深入融合到医学影像处理领域，计算机射线照相检测已经越来越多地获得应用。它是将透过物体的X射线影像信息记录在存储荧光板上。这种存储荧光板简称为IP板，即为IE材料。本文介绍了此IP板的构造及运用LRS-III型激光拉曼/荧光光谱仪对其成分进行研究，并对激光喇曼光谱的原理以及广泛应用进行了介绍。

　　作者：于涛，卢堃

　　关键词：IP板，激光喇曼，拉曼光谱

　　引言

　　传统的X线成像是经X射线透照被检查物件，将影像信息记录在胶片上，在显定影处理后，影像才能在照片上显示。计算机射线照相检测（简称CR）则不同，它是一种模拟数字照相成像系统，将透过物体的X射线影像信息记录在由辉尽性荧光物质制成的存储荧光板上，这种存储荧光板又称影像板或成像板（简称IP板），即用IP板取代传统的X射线胶片来接受X射线照射。拉曼光谱分析技术已经在化工化学、生物医学、环境科学、和半导体电子技术等各种领域得到广泛应用。很多高等学校都开设了拉曼光谱的实验课程。本论文主要对IP板的拉曼光谱进行测量，并对结果进行分析，从而判断IP板的成分[1]。

　　一、成像板技术简介

　　（一）数字化的射线照相图像

　　IP板又称为无胶片暗盒、拉德成像板等，可以与普通胶片一样分成各种不同大小规格以满足实际应用需要。IP板是基于某些荧光发射物质（可受光刺激的感光聚合物涂层）具有保留潜在图像信息的能力，当对它进行X射线曝光时，这些荧光物质内部晶体中的电子被投射到成像板上的射线所激励并被俘获到一个较高能带（半稳定的高能状态），形成潜在影像（光激发射荧光中心），再将该IP板置入CR读出设备（读出器，CR阅读器）内用激光束扫描该板，在激光激发下（激光能量释放被俘获的电子），光激发射荧光中心的电子将返回它们的初始能级，并产生可见光发射，这种光发射的强度与原来接收的射线剂量成比例（IP板发射荧光的量依赖于一次激发的X射线量，可在1：104的范围内具有良好的线性），光电接收器接收可见光并转换为数字信号送入计算机进行处理，从而可以得到数字化的射线照相图像[2]。CR技术利用的IP板可重复使用（IP板经过强光照射即可抹消潜影，因此可以重复使用）。

　　（二）IP板图像信息的读出经X射线曝光后保留有潜在图像信息的IP板置入CR读出设备内，用激光束以2510x2510的像素矩阵（像素约0.1mm大小）对匀速移动的IP板整体进行精确而均匀的扫描，激发出的蓝色可见光被自动跟踪的集光器（光电接收器）收集，再经光电转换器转换成电信号，放大后经模拟/数字转换器（A/D）转换成数字化影像信息，送入计算机进行处理，最终形成射线照相的数字图像并通过监视器荧光屏显示出人眼可见的灰阶图像供观察分析。读出器分为多槽自动排列读出处理式和单槽读出处理式，前者可在相同时间内处理更多IP板。读出器输出的图像格式符合国际通用影像传输标准DICOM3.0，因此可以经过网络传输、归档及打印。

　　二、激光拉曼光谱的发现与发展

　　（一）激光拉曼光谱的发现

　　激光拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼(Raman)。1928年，拉曼首先从实验中观察到单色的入射光投射到物质中产生的散射，通过对散射光的光谱进行分析，他发现散射光除了含有与入射光相同频率的光之外，还包含有与入射光不同频率的光。以后人们将这种散射光与入射光不同频率的现象称为拉曼散射(Ramanscattering)。拉曼本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。

　　（二）激光拉曼光谱的发展

　　在1928-1940年期间。由于可见光分光技术和照相感光技术已经发展起来，拉曼光谱受到广泛的重视，曾经是研究分子结构的主要手段。1940-1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（光强约为入射光强的10-6），并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期，红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等众多方面的优点，成为拉曼光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。

　　我国科学家在国内开展的拉曼光谱学研究已涉及了广泛的学科领域，并取得了许多世界一流的研究成果，在高温超导体、新型碳材料、功能晶体和催化剂等方面的成就举世公认，尤其是在低维纳米材料和过渡金属增强拉曼光谱研究领域已步入世界前沿。在理论方面，黄昆于1988年发表了超晶格拉曼散射的微观模型－黄－朱模型。该模型不仅正确地解释了选择定则问题，还揭示了界面模的物质本质，被人们广泛承认为超晶格拉曼散射的最正确的理论，也为更低维体系的拉曼散射理论打下了基础。在实验方面，目前观察到的6种单声子模中，美国、德国和印度学者各占一种，而我国学者却占了三种，并且张树霖教授还在国际上第一次观察到了超晶格微观界面声子的单声子和多声子拉曼散射。因此可以说，我国低维结构的拉曼光谱研究已进入世界最前沿。另外，我国是世界上最早开展表面增强拉曼光谱研究的国家之一，近年厦门大学所做的过渡金属表面增强拉曼光谱研究，已两次被国际拉曼光学大会安排作邀请报告。

　　（三）激光拉曼光谱的应用拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干扰小等独特的优点，在化学、材料、物理、高分子、生物、医药、地质等领域有广泛的应用。拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定和分子相互作用的手段，它与红外光谱互为补充，可以鉴别特殊的结构特征或特征基团。拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。

　　在高聚物方面，拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单体异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都采用了拉曼光谱。

　　拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质二级结构的研究、DNA和致癌物分子间的作用、视紫红质在光循环中的结构变化、动脉硬化操作中的钙化沉积和红细胞膜的等研究中的应用均有文献报道。在表面和薄膜方面，拉曼光谱在材料的研究方面，在相组成界面、晶界等课题中可以做很多工作。本文来自《光谱仪器与分析》杂志