微小空間オフセットラマン分光法

マイクロ空間オフセットラマン分光法（マイクロSORS ）は、 SORSと顕微鏡を組み合わせた分析技術で、2014年に開発されました。^[1]この技術は、サブレイヤーを分解する特性を親技術であるSORSから得ています。^[2] SORSとマイクロSORSの主な違いは空間分解能です。SORSはミリメートル単位の層の分析に適していますが、マイクロSORSはマイクロメートル単位の薄い層を分解できます。SORS技術と同様に、マイクロSORSは、濁った（拡散散乱する）媒体の表面下で生成されたラマン光子を優先的に収集できます。このようにして、マイクロメートル単位の多層濁システムの化学組成を非破壊的に再構築することができます。マイクロSORSは、文化遺産分野や法医学、または非破壊的な分子特性評価が大きな利点となる生物医学用途など、貴重品やユニークな物体を扱う場合に特に役立ちます。^[3]

現在までに、マイクロSORSは主に骨、^[4]血液、^{[5] [6]}などの生物学的材料や、特に塗料層序などの文化遺産材料の特性評価に使用されてきました。^{[7] [8] [9]}この技術を使用して、ポリマー、工業用紙、小麦の種子などの他の材料も研究されてきました。^[3]

マイクロSORSは従来のマイクロラマン装置をベースに開発され、ポータブルマイクロSORSのプロトタイプは現在、現場での測定を可能にし、サンプリングの必要性を回避するためにさらなる最適化が進められている。^{[10] [11] [12]}

混濁媒体では、共焦点ラマン顕微鏡の深さ分解能は、これらの材料の光学特性のために制限されます。^[7]このような材料では、異なる深さで生成されたラマン光子は、一定数の散乱イベントの後に表面に現れます。表面下で生成されたラマン光子は、入射光の位置と比較して横方向に表面に現れ、この変位はラマン光子が生成された深さに統計的に比例します。マイクロSORSは、レーザー励起ゾーンと収集ゾーンを拡大（デフォーカス）または分離（フルマイクロSORS）することにより、表面下から来るこれらの変位光子を優先的に収集することを可能にします。^[13]

デフォーカスは、この技術の最も基本的なバリエーションであり、励起ゾーンと収集ゾーンが完全に分離されていないため、このバリエーションの効果は低くなります。^[13]それでも、デフォーカス測定には、ハードウェアやソフトウェアを変更することなく、従来のマイクロラマンで簡単に実行できるという大きな利点があります。デフォーカスとは、励起ゾーンと収集ゾーンを拡大することであり、分析対象の物体またはサンプルの表面から顕微鏡の対物レンズを焦点から外す（Δz移動）ことによって実現されます。^[1] Δz移動の範囲は、材料の数と厚さによって異なりますが、通常は数十から2ミリメートルになります。

このより洗練されたマイクロSORSバリアントは、レーザー励起ゾーンと収集ゾーン（Δxオフセット）の完全な分離を提供しますが、これには従来のラマン顕微鏡のハードウェアまたはソフトウェアの変更が必要です。この分離は、外部プローブまたは光ファイバーを使用してレーザーを送達する、^[13]、ビームステアリングアライメントミラーを移動してレーザースポットを移動させる、^{[5] [6]、}空間分解CCDを使用する、^[4]、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）を使用する、^[14]、ラマン検出ファイバーの先端を移動して信号のオフコンフォーカル検出を実行する^[15]、またはハイパースペクトルSORSとデフォーカスマイクロSORSを組み合わせることによって実現できます。^[16]完全なマイクロSORSは、サンプルへの浸透深度とサブレイヤー信号の相対的な増強の両方の点でより効果的であることが証明されています^[13]

マイクロ層の連続性を再構築するには、従来のラマン スペクトルと少なくとも 1 つのマイクロ SORS スペクトルを収集する必要があります。徐々に増加するデフォーカス距離または空間オフセットで複数のスペクトルを取得することが、通常、未知の材料にアプローチする最善の方法です。取得したスペクトルを比較することで、層の構成を得ることができます。デフォーカスまたは空間オフセット スペクトルでは、表面下の層の信号が現れるか、表面信号と比較して強化されます。スペクトルの正規化または減算などのデータ処理は、層の連続性をよりよく視覚化するために一般的に使用されます。

層の厚さは、既知の厚さを持つ十分に特性化されたサンプルセットで較正した後に推定することができます。^[17]

文化遺産の固有の価値のため、非破壊性は保存科学者にとって大きな目標です。マイクロSORSは、薄い塗装層の非破壊分析のための高い化学的特異性を備えた非破壊分析技術の必要性に応えるために開発されました。塗装された芸術作品では、塗装されたフィルムは通常、濁った薄い（マイクロメートルスケールの）着色層を重ねて得られ、その化学的特性評価は、劣化生成物の存在を検出し、芸術技法に関する情報を取得し、データ化と認証の目的で不可欠です。現在までに、マイクロSORSは、多色彫刻、塗装された石膏、^[7]、塗装されたカード^[9]、現代のストリートアートの壁画^{[8]の塗料層序の特性評価に効果的に使用されています。}

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