中紅外光譜(MIR)是一種非常有前途的痕量表麵化學物質的光譜檢測方法，因為(wei) 大多數物質在光譜的MIR部分具有強烈而獨特的吸收特征。
表麵痕量化學物質的中紅外反射特征
檢測方法包含主動MIR高光譜成像(HSI)，包括使用波長可調激光器與(yu) 高速相機相結合，以捕獲目標表麵反射光譜的高光譜圖像(即超立方體(ti) )。分析這些超立方體(ti) 的光譜特征，以表明感興(xing) 趣的化學物質的存在。該技術的一個(ge) 非常重要的国产成人在线观看免费网站是痕量爆炸物的探測。
圖1
MIR HSI方法涉及使用外腔量子級聯(ec - qcl)進行激光照明。圖1顯示了測量裝置的照片，其中樣品在近距離(8厘米的距離)測量，以實現70 um的高空間分辨率。使用兩(liang) 個(ge) Block的Mini-QCLTM ec - qcl在波長範圍為(wei) 7.7 - 11.8 um的範圍內(nei) 捕獲了一個(ge) 256波長的複合超立方體(ti) 。激光束在目標上進行光柵掃描以捕獲(8.8 mm)2的圖像區域。
黑色鍵盤按鍵上的PETN樣品由海軍(jun) 研究實驗室提供。利用幹轉移技術，PETN在50µg到0.2µg的化學載荷範圍內(nei) 沉積在小的局部區域。
圖2
圖2演示了為(wei) 加載50 ug PETN的樣品創建檢測圖的過程。顯示的是超立方體(ti) 的示例和框架的可見圖像。對超立方體(ti) 進行分析，以區分基材幹淨的區域和汙染的區域。為(wei) 此，計算給定像素處的測量光譜與(yu) 其相鄰像素的光譜的方差;如果該值低於(yu) 某個(ge) 閾值，則假定像素隻包含幹淨的承印物。這些被識別為(wei) 含有幹淨基片的像素在圖2.4的檢測圖上顯示為(wei) 紅色像素。每個(ge) “幹淨”像素的平均反射光譜被認為(wei) 是基片光譜的猜測，在圖2.5中用紅色標出。
接下來，我們(men) 將這些數據與(yu) 自適應餘(yu) 弦估計(ACE)算法一起使用，以找到被PETN汙染的像素。我們(men) 的預期PETN反射光譜模型是用一個(ge) 簡單的米氏散射模型計算的，使用之前測量的PETN的複折射率數據作為(wei) 輸入。將閾值国产成人在线观看免费网站於(yu) 得到的ACE檢測分數，得出圖2.4中的檢測圖，其中使用該方法確定被PETN汙染的像素以藍色顯示。汙染像元的平均光譜如圖2.5中藍色曲線所示，幹淨區域和汙染區域的平均光譜明顯顯示出反射光譜的差異。還請注意，圖2.4中包含的區域被確定為(wei) 既沒有幹淨的基材，也沒有足夠強的信號，因此被認為(wei) 含有PETN，並被標記為(wei) “兩(liang) 者都沒有”。
圖3
圖3顯示了PETN負載為(wei) 0.2 ug的示例的結果。使用上述分析程序，在33個(ge) 像素中檢測到該化學物質。在此基礎上，假設每個(ge) 像素同樣被總0.2 μ g汙染，我們(men) 估計檢測限約為(wei) 6 ng/像素。事實上，我們(men) 期望真正的閾值甚至比這個(ge) 值更小，因為(wei) 這個(ge) 估計假設汙染均勻地分布在這33個(ge) 像素上，而從(cong) 可見圖像中可以看到汙染分布得更廣泛。
圖4
圖4顯示了一係列實驗的結果，用異丙醇浸泡的布擦拭鍵盤鍵上的PETN汙染物。重要的是，即使在擦了四次之後，沒有留下任何可見的汙染證據，我們(men) 試圖清除爆炸物仍然留下了一個(ge) 明顯的和容易識別的殘留物。經異丙醇擦拭後檢測到的PETN的測量光譜如圖5所示，為(wei) 紅色(擦拭1倍)和黃色(擦拭4倍)曲線。這張圖清楚地表明，被異丙醇抹布擦去後，PETN汙染物的光譜表現發生了巨大變化。然而，殘留的汙染物仍然很容易在超立方體(ti) 圖像中識別為(wei) PETN。
圖5
圖5解釋了擦除前後PETN反射光譜觀測到差異的原因。在被異丙醇擦除之前，PETN樣品被製備成一個(ge) 小的、局部的幹粉堆，因此測量的反射光譜可以用簡單的Mie散射模型計算的合成反射光譜很好地模擬。該模型如圖5所示，在左邊的麵板中;zui上麵的麵板顯示了粉末狀PETN的實測光譜，中間的麵板顯示了PETN粉末的反射光譜模型，與(yu) 測量的襯底數據相比較，底部的麵板顯示了PETN折射率的實際複分量。在所有三個(ge) 幀中，豎線都被繪製以突出所有三個(ge) 圖中的相似特征。
在討論PETN擦除後的不同表現之前，首先要注意的是，PETN很容易被異丙醇溶劑溶解。因此，擦幹後留下的殘餘(yu) PETN很可能是含有炸藥的異丙醇薄膜蒸發掉的結果，在鍵盤鍵上留下了一層化學薄膜。因此，在這種情況下，PETN的反射光譜應該是作為(wei) 薄膜而不是作為(wei) 稀疏的粉末來建模。
圖5右側(ce) 的麵板演示了為(wei) 什麽(me) 這種方法是成功的。利用PETN的複折射率數據計算光滑表麵的鏡麵反射，結果表明，頂板PETN的實測反射光譜與(yu) 中心板PETN的模擬光譜匹配良好。複雜折射率數據中的相同特征在右側(ce) 麵板上與(yu) 左側(ce) 麵板上突出顯示，這表明兩(liang) 個(ge) 光譜中的重要特征位於(yu) 相同的光譜位置。
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