國產“時光快門”光譜儀面世

中國科學院空天信息創新研究院近日通報，該院王振友研究員團隊創新研製的顯微時間門控拉曼光譜儀，最近成功應用於三星堆象牙考古的無損分析研究並取得進展，在文物保護、材料科學及環境研究等領域具有廣泛應用潛力。

相關成果論文以“時間門控拉曼光譜解碼三千年象牙的降解途徑：一種無熒光的文物科學方法”為題，近日，在國際專業學術期刊《美國化學會——應用材料與界面》發表。

三星堆出土象牙埋藏地下三千年裡持續受到地下水、可溶鹽及微生物等因素侵蝕，外觀雖大體完整，內部結構卻已十分脆弱，對其進行科學保護與修復，需在無損條件下獲取其成分與微結構信息，並具備微米級分辨率，以應對銹蝕和腐蝕分佈不均的難題。

拉曼光譜技術具有無損、可識別分子結構及微米級空間分辨的優勢，是研究象牙微觀結構的理想手段。該技術通過光與物質相互作用獲取樣品的“分子指紋”，但過程中常伴隨產生高強度螢光信號，容易掩蓋微弱的拉曼信號。王振友介紹，拉曼信號壽命極短、低於皮秒級，而螢光信號壽命較長、在納秒級以上。時間門控拉曼光譜技術利用拉曼信號與螢光信號壽命的差異，通過在拉曼信號到達的極短時間視窗內開啟探測“快門”，即可有效採集拉曼信號並抑制螢光背景。

研究團隊通過關鍵技術與核心部件創新研製出顯微時間門控拉曼光譜儀，顯著提升了拉曼光譜在強熒光條件下的抗干擾能力，最終利用該儀器對三星堆出土的四塊象牙碎片進行無損檢測，成功揭示象牙在長期地質作用下的老化過程。這次研究顯示，四塊象牙碎片的熒光強度差異顯著，其中兩塊在傳統連續光拉曼條件下幾乎無法得到有效信號。在時間門控拉曼檢測中，熒光干擾被有效抑制，強熒光樣品的拉曼信噪比提升超過二十倍，象牙內部成分差異清晰顯現。

王振友表示，總體而言，時間門控拉曼光譜技術突破及光譜儀研製，為文物保護修復提供分子層面的科學依據，也為探究古蜀文明及其埋藏環境提供了新方法。該技術和產品通用性強，可推廣至其他強熒光樣品的分析，在文物保護等眾多領域具有廣泛應用潛力。

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