CZĄSTECZKA I JEJ ŚWIETLNY "ODCISK PALCA"

W spektrometrze ramanowskim substancja oświetlana jest promieniowaniem laserowym. Dalej następuje jej rozpoznanie. Jak to się dzieje? „Cząsteczki substancji rozpraszają światło i następuje tzw. efekt Ramana, kiedy zmienia się energia padającego fotonu. Nie wgłębiając się w szczegóły – rozproszone światło pada na detektor i jest przetwarzane na widmo. To taki odcisk palca cząsteczki” – tłumaczy Malwina Liszewska.

Jak wyjaśnia doktorantka Instytutu Optoelektroniki WAT, spektroskopia Ramana służy do wykrywania stosunkowo dużych ilości materiałów wybuchowych lub innych substancji niebezpiecznych. Przenośne spektrometry Ramana są stosowane np. na lotniskach i w innych miejscach w przestrzeni publicznej, gdzie może być pozostawiona jakaś paczka, foliowy worek czy też butelka z proszkiem.

Problem polega na tym, że zamachowcy stosują też urządzenia wybuchowe domowej roboty, jak zamknięta puszka wypełniona materiałem niebezpiecznym. Jedynie na powierzchni opakowania pozostają ślady substancji wybuchowych, niewidoczne gołym okiem. Wtedy z pomocą przychodzi pokrewna technika – wzmocniona powierzchniowo spektroskopia Ramana.

W tej technice naukowcy używają specjalnego podłoża lub patyczka z nanocząstkami. Takim patyczkiem można przetrzeć miejsce lub fragment przedmiotu, który potencjalnie mógłby być zabrudzony materiałem wybuchowym. Następnie wykonuje się pomiar, który wyjaśnia, z czym badający mają do czynienia. Metoda mogłaby znaleźć zastosowanie w medycynie, przemyśle czy też kryminalistyce.

ZDALNY POMIAR OCHRONI CZŁOWIEKA

Efekt Ramana, na którym bazuje urządzenie, jest bardzo słaby. Tylko jeden foton na milion ulega procesowi nieelastycznego rozpraszania światła. Dlatego nanostrukturyzowana powierzchnia jest niezbędna do wzmocnienia sygnału, jaki jest zbierany przez urządzenie pomiarowe. Naukowcy na całym świecie budują powierzchnie z nanogwiazdek, nanopręcików czy mikrokwiatków, głownie ze złota, srebra i miedzi. Następnie sprawdzają, czy takie powierzchnie pozwalają wykrywać trotyl, heksogen lub pentryt.

Malwina Liszewska planuje rozszerzenie tych badań do jak największej liczby materiałów wybuchowych. W tym celu tworzy tzw. biblioteki widm substancji niebezpiecznych. Takie biblioteki należy umieścić w komputerze sterującym spektrometrem. Oprogramowanie pozwoli w czasie badania porównać widmo nieznanej substancji z tym w bazie.

Doktorantka określi wzorcowe parametry urządzenia do wykonywania pomiarów SERS, w tym również pomiarów zdalnych. Ustali odpowiednią długość promieniowania laserowego i dobierze najlepsze podłoża do wykrywania poszczególnych materiałów wybuchowych. Sprawdzi też, czy na jednym podłożu można wykrywać wiele materiałów wybuchowych.

Przenośny spektrometr ramanowski z nowym podłożem – w postaci patyczka na robocie – pozwoliłby na zdalne wykrywanie śladowych ilości materiałów niebezpiecznych. Robot, wspierający pracę np. pirotechników czy strażaków, mógłby w bezpieczny sposób dla operatora wymazać patyczkiem SERS powierzchnię podejrzanego obiektu, a następnie poddać go analizie spektrometrem ramanowskim.

Malwina Liszewska pracuje m.in. na podłożach wytwarzanych z azotku galu. Ich struktura powierzchni jest modyfikowana, a następnie zostaje na nią napylona warstwa złota lub srebra. Podłoża te wykonywane są w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ zan/