ES2634248T3 - Detección de materiales basándose en la dispersión de moléculas Raman y fluorescencia inducida por láser de moléculas hijas fotofragmentadas - Google Patents

Detección de materiales basándose en la dispersión de moléculas Raman y fluorescencia inducida por láser de moléculas hijas fotofragmentadas Download PDF

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Abstract

Un método que comprende: - dirigir un rayo (22) de luz ultravioleta a una superficie o un espacio (5) para lograr la fotodisociación 5 de un material diana para producir moléculas fotofragmentadas; - dirigir el rayo (22) de luz ultravioleta a la superficie o el espacio (5) para inducir la fluorescencia de las moléculas fotofragmentadas; - capturar la dispersión Raman de la superficie o el espacio (5); - capturar la fluorescencia de las moléculas fotofragmentadas inducidas; - generar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia de la dispersión Raman y la fluorescencia capturadas; y - analizar los espectros de fluorescencia asociados a las moléculas fotofragmentadas y los espectros Raman del material diana para determinar la presencia de un material diana de interés en la superficie o el espacio.

Description

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DESCRIPCION
Deteccion de materiales basandose en la dispersion de moleculas Raman y fluorescencia inducida por laser de moleculas hijas fotofragmentadas
Antecedentes
Existe una fuerte demanda de sistemas o sensores que puedan detectar la presencia de materiales peligrosos, tales como materiales explosivos, y en particular, sistemas con alta sensibilidad y especificidad, as! como potencial para la deteccion de enfrentamientos. Los explosivos primarios, secundarios y terciarios componen las tres clases de materiales explosivos altos, teniendo cada uno sensibilidad disminuida a impacto, friccion, y el calor. Los explosivos a base de peroxido (por ejemplo, peroxidos de acetona) son uno de los principales constituyentes de los explosivos primarios, mientras que los explosivos a base de nitro constituyen la mayorla de explosivos secundarios (por ejemplo, trinitrotolueno (TNT), ciclotrimetilenotrinitramina (RDX), pentrita (PETN)), y de los explosivos terciarios (por ejemplo, aceite de nitrato de amonio/combustible (ANFO)).
Las tecnicas espectroscopicas Raman han demostrado proporcionar una alta especificidad en la identification de compuestos. Sin embargo, la deteccion selectiva de materiales explosivos altos utilizando sensores a base de Raman ha limitado la sensibilidad debido a la dispersion Raman debil, particularmente cuando los materiales explosivos estan presentes en bajas concentraciones, tal como en la fase de vapor (ejemplificada por especies basadas en peroxido de presion de vapor alta). Por otro lado, las tecnicas de deteccion por fluorescencia son altamente sensibles, normalmente varios ordenes de magnitud mas sensibles que las tecnicas Raman, en comparacion.
La deteccion directa de explosivos utilizando la fluorescencia nativa de la sustancia diana es un reto porque los espectros de fluorescencia son normalmente amplios y nos presentan estructuras/caracterlsticas. Fotofragmentos selectivos de la fotodisociacion de materiales explosivos tienen una fuerte fluorescencia que produce espectros estructurados o con caracterlsticas evidentes. El oxido nltrico (NO) es un fotofragmento caracterlstico de los materiales explosivos a base de nitro cuando se irradia con luz ultravioleta (UV). Especlficamente, la absorcion por el NO a traves de sus diversas bandas A-X (v', v"), por ejemplo, transiciones (0,0), (1,1), (2,2) y (0,2) cercanas a 226, 224, 222, y 248 nm, da como resultado emisiones discretas de fluorescencia inducida por laser (LIF).
En el caso de materiales a base de peroxido, el radical hidroxilo (OH) puede ser el fotofragmento final. Del mismo modo, la absorcion por OH a traves de sus diversas Bandas A-X (v', v"), por ejemplo, transiciones (1,0), (0,0), (1,1), (2,0) cercanas a 282, 309, 315 262 nm, da como resultado emisiones discretas de LIF. La huella de espectros de fluorescencia unica de NO u OH puede servir como un indicador de alta confianza para materiales a base de nitro o a base de peroxido, respectivamente, con sensibilidades de deteccion mas altas que las firmas Raman de sus respectivas moleculas diana padres. Las estructuras discretas en las huellas moleculares de NO y OH son caracterlsticas de las moleculas diatomicas y producen espectros de fluorescencia distintivos en contraste con los perfiles de fluorescencia generales de moleculas mas grandes que tienen multiples vlas de elimination de energla para las poblaciones a niveles de energla excitados.
Existe la oportunidad de explotar los espectros de fluorescencia unica de ciertas moleculas hijas fotofragmentadas de un material diana con el fin de detectar la presencia del material diana basandose en los espectros Raman y los espectros de fluorescencia capturados.
A partir de GAFT M, NAGLI L: "Standoff laser based spectroscopy for explosives detection" PROC. DE SPIE, vol. 6739, n°. 673903, 2007, paginas 1-13, XP002549545 una respuesta de fluorescencia inducida por laser (LIF) generada por las moleculas diana para padres se detecta (es decir, el material explosivo en si).
Sumario
Brevemente, se proporciona un metodo para detectar la presencia de un material de interes sobre una superficie o en un espacio utilizando tecnicas espectroscopicas. Un rayo de luz ultravioleta se dirige a la superficie o espacio para fotodisociar un material de interes con el fin de producir moleculas hijas fotofragmentadas que emiten fluorescencia cuando se excitan por la luz ultravioleta. La dispersion Raman de las moleculas diana padres y de la fluorescencia inducida por laser de los fragmentos hijos se recogen de la superficie o espacio que puede inducirse por el rayo de luz ultravioleta. Los espectros Raman y espectros de fluorescencia se generan a partir de la dispersion Raman y de la fluorescencia capturadas. Los espectros de fluorescencia asociados a las moleculas hijas fotofragmentadas y los espectros Raman de las moleculas diana padres se analizan para determinar la presencia del material de interes en la superficie o espacio.
La invention se refiere a un metodo que comprende dirigir un rayo de luz ultravioleta hacia una superficie o espacio para lograr la fotodisociacion de un material diana de interes para producir moleculas fotofragmentadas que emiten fluorescencia cuando se excitan con luz ultravioleta; capturar la dispersion Raman y la fluorescencia de la superficie o espacio; generar espectros Raman y espectros de fluorescencia a partir de la dispersion Raman y de la
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fluorescencia capturados; y analizar los espectros de fluorescencia asociados a las moleculas fotofragmentadas y los espectros Raman del material diana para determinar la presencia del material diana de interes en la superficie o espacio. Las realizaciones preferidas se mencionan a continuacion. Las caracterlsticas se pueden combinar de cualquier manera. En el procedimiento de acuerdo con la invencion la captura de la fluorescencia y la generacion de los espectros de fluorescencia se realizan un perlodo de tiempo despues o simultaneamente con la captura de la dispersion Raman y la generacion de los espectros Raman. El analisis comprende analizar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia, en el que los espectros de fluorescencia se asocian con la fluorescencia emitida por el oxido nltrico producido mediante la fotodisociacion de un material diana explosivo a base de nitro cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta, y en el que la determinacion comprende determinar que el material diana explosivo a base de nitro esta presente en la superficie o espacio sobre basandose en los espectros de fluorescencia y los espectros Raman. El analisis comprende ademas analizar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia, en el que los espectros de fluorescencia se asocian con la fluorescencia emitida por los radicales hidroxilo producidos mediante la fotodisociacion de un material diana explosivo a base de peroxido cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta, y en el que la determinacion comprende determinar la presencia del material diana explosivo a base de peroxido en la superficie o espacio basandose en los espectros de fluorescencia y los espectros Raman. El analisis comprende analizar los espectros Raman del material diana junto con los espectros de fluorescencia que esta asociados con la fluorescencia emitida por los radicales hidroxilo producidos mediante la fotodisociacion del material cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta, y en el que la determinacion comprende determinar la presencia de un material diana explosivo en la superficie o espacio basandose en los espectros Raman y en los espectros de fluorescencia. La direccion comprende dirigir un unico pulso del rayo de luz ultravioleta a la superficie o espacio, y la captura, generacion y analisis se realizan con respecto a la dispersion Raman y fluorescencia inducida por dicho unico pulso. La direccion comprende dirigir un pulso del rayo de luz ultravioleta a una primera longitud de onda para lograr la fotodisociacion y un impulso del rayo de luz ultravioleta a una segunda longitud de onda para inducir la fluorescencia.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 La Figura 2 La Figura 3 La Figura 4 La Figura 5
La Figura 6 La Figura 7
La Figura 8
es un ejemplo de un diagrama de bloques de un sistema para detectar la presencia de un material de
interes utilizando la dispersion Raman y fluorescencia inducida por laser de fotofragmentacion.
es un ejemplo de un diagrama de tiempos que muestra la captura de la dispersion Raman de los
materiales diana y la fluorescencia inducida por laser de las moleculas hijas fotofragmentadas.
es un ejemplo de un grafico que muestra como los espectros Raman y espectros de fluorescencia
inducida por laser de fotofragmentacion pueden superponerse en longitud de onda.
es otro ejemplo de un grafico que muestra que los espectros Raman y los espectros de fluorescencia
inducida por laser de fotofragmentacion pueden no coincidir en longitud de onda.
ilustra ejemplos de graficos para un espectro de fluorescencia inducida por laser de fotofragmentacion
y un espectro Raman de acuerdo con ejemplos en los que el material de interes es un material
explosivo a base de nitro, y una configuracion del detector similar a la mostrada en la Figura 1 se
utiliza.
es otro ejemplo de un diagrama de bloques de un sistema para detectar la presencia de un material de interes utilizando la dispersion Raman y fluorescencia inducida por laser de fotofragmentacion. ilustra un ejemplo de un grafico del espectro de fluorescencia inducida por laser fotofragmentado y un espectro Raman de acuerdo con otro ejemplo en el que el material de interes es un material explosivo a base de nitro, y una configuracion del detector similar a la mostrada en la Figura 7 se utiliza. ilustra un ejemplo de un diagrama de flujo que representa un proceso para detectar un material de interes basandose en la dispersion Raman y en la fluorescencia inducida por laser de fotofragmentacion.
Descripcion detallada
Las tecnicas se proporcionan en la presente memoria para explotar la information combinada obtenida de los espectros de fluorescencia inducida por laser (LIF) de moleculas hijas fotofragmentadas y las firmas Raman de sus respectivas dianas padres para lograr tanto sensibilidad como especificidad en la identification de las especies diana. Por lo tanto, las tecnicas implican la interrogation simultanea de dos fenomenos flsicos: 1) la dispersion Raman de la especie dina, y 2) la LIF de las especies hijas fotofragmentadas (PF) generadas mediante la fotodisociacion de la especie diana. La intensidad de las senales de LIF y la fluencia de laser relativamente baja requerida de la fuente de interrogacion aumentan el potencial para la rapida detection puntual a distancias de enfrentamiento en comparacion con otras tecnicas de deteccion disponibles en la actualidad.
Haciendo referencia primero a la Figura 1, se muestra un diagrama de bloques de un ejemplo de un sistema de deteccion 10. El sistema 10 comprende una fuente de laser 20, un subsistema de optica de captation 30 que incluye un filtro 32, primer y segundo elementos dispersivos de luz 40 y 50, un detector 60 y un ordenador 70. El ordenador 70 puede incluir o tener acceso a una memoria separada 80 y a una unidad de almacenamiento de datos 90 que contiene una biblioteca de datos de espectros. El sistema 10 se puede utilizar para detectar la presencia de un material de interes sobre una superficie o dentro de un espacio que se representa en el numero de referencia 5. Como un ejemplo, el sistema se puede configurar para detectar materiales explosivos como se describe en detalle
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mas adelante. Sin embargo, el sistema 10 puede tambien configurarse para detectar otros tipos de sustancias que no son materiales explosivos.
La fuente de laser 20 se configura o adapta para producir un rayo de luz ultravioleta (UV) 22 a una longitud de onda que inducira la dispersion Raman, as! como la fotofragmentacion de ciertas moleculas. Por ejemplo, la fuente de laser 20 puede ser un tipo que produce un rayo de laser de luz UV a 222 nm, 224 nm, 226 nm, o 248 nm. Un elemento optico 24 puede estar provisto para dirigir el rayo 22 a la superficie o espacio 5.
El subsistema de optica de captacion 30 captura las emisiones de la dispersion Raman y de la fluorescencia inducidas mostradas con el numero de referencia 26 desde la superficie o espacio 5. El filtro 32 elimina de emisiones de la dispersion Raman y de la fluorescencia capturadas cualquier energla asociada con el rayo de la fuente de laser 20. Aunque la Figura 1 muestra que la fuente de laser 20 se situa desplazada con respecto al subsistema de optica de captacion, tambien es posible que la fuente de laser 20 se situe directamente en frente del subsistema de optica de captacion 30.
El subsistema de optica de captacion 30 acopla las emisiones de la dispersion Raman capturado y de la LIF inducidas 26 a traves de una fibra optica 34 a cada uno de los elementos dispersivos de luz 40 y 50. La Figura 1 muestra que el filtro 32 esta situado dentro del subsistema de optica de captacion 30, pero el filtro 32 puede tambien situarse aguas abajo del subsistema de optica de captacion 30 en el extremo distal de la fibra optica 34. Hay un elemento optico 45 que se configura para dirigir las emisiones de dispersion y LIF recogidas y filtradas 26' a uno de los elementos dispersivos en un primer instante de tiempo T1 (por ejemplo, al elemento dispersivo 50) y, posteriormente, en el momento T2 dirigirlas al otro de los elementos dispersivos (por ejemplo, al elemento dispersivo 40). Por consiguiente, uno de los elementos dispersivos de luz 40 y 50 se utiliza para dispersar la dispersion Raman y el otro se utiliza para dispersar la fluorescencia. Por ejemplo, el elemento dispersivo 40 dispersa el elemento de fluorescencia y el elemento dispersivo 50 dispersa la dispersion Raman. En este caso, el elemento dispersivo 40 puede comprender una rejilla de difraccion que se expande en un intervalo de aproximadamente 40 nm, y el elemento dispersivo 50 puede comprender una rejilla de difraccion que expande en aproximadamente 20 nm.
El elemento dispersivo 40 dirige la fluorescencia dispersa al detector 60 y el elemento dispersivo 50 dirige la dispersion Raman dispersa al detector 60. El detector 60 genera espectros Raman a partir de la dispersion Raman dispersa y espectros de fluorescencia a partir de la fluorescencia dispersa.
El ordenador 70 analiza los espectros Raman y los espectros de fluorescencia mediante la ejecucion de uno o mas programas de software almacenados en la memoria 80 para comparar los espectros de fluorescencia y los espectros Raman con la librerla de datos de espectros almacenados en la unidad de almacenamiento de datos 90. En terminos mas generales, las funciones del ordenador 70 para analizar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia se pueden implementar mediante una logica codificada en uno o mas medios tangible (por ejemplo, logica incrustada tal como un circuito integrado de aplicacion especlfica, instrucciones de firmware del procesador de senales digitales, software que se ejecuta por un procesador, etc. ).
A continuacion se hace referencia a la Figura 2 con referencia continuada a la Figura 1. En una realizacion, el ordenador 70 se configura para controlar los elementos dispersivos 40 y 50, el elemento optico 45, y el detector 60 de modo que hay un retraso de tiempo entre la captura de la dispersion Raman y la captura de la fluorescencia. Este es un ejemplo de una tecnica para evitar la interferencia entre la dispersion Raman capturada y la fluorescencia capturada. Despues de que termina el pulso del rayo UV que se muestra en el momento T0, el ordenador 70 controla el elemento optico 45 de modo que la dispersion Raman se captura comenzando en el momento T1. El momento T1 se muestra como un intervalo de tiempo despues de T0, pero se debe entender que puede ser casi instantaneo con la terminacion del pulso al momento T0. Algun perlodo de tiempo despues de T1, el ordenador 70 controla el elemento optico 45 de modo que el espectro de fluorescencia se captura comenzando al momento T2. Existen otras aplicaciones y ejemplos de las tecnicas descritas en la presente memoria en que no hay un retraso suficiente entre la produccion de los espectros Raman y los espectros de fluorescencia, ejemplos de los que se describen mas adelante. En esos casos, los espectros de fluorescencia y los espectros Raman se producen de forma sustancialmente simultanea. Otras tecnicas se describen en la presente memoria, donde porciones no superpuestas (en longitud de onda o espacio de numero de onda) de cada una de toda la "ventana" de los espectros de fluorescencia y espectros Raman se analizan para detectar un material diana de interes.
La Figura 3 muestra que los espectros Raman y los espectros de fluorescencia se superponen en cierta medida, y en particular, que el espectro de fluorescencia ocupa una region de longitud de onda mucho mayor que los espectros Raman. Ademas, una interferencia de fluorescencia minima de las moleculas diana padres se espera dada la senal de fluorescencia baja caracterlstica de los materiales explosivos a base de nitro.
La Figura 4 muestra otro ejemplo en el que los espectros Raman y los espectros de fluorescencia no se superponen.
Las tecnicas de espectros Raman y fluorescencia inducida por laser de fotofragmentacion (PF-LIF) combinados descritas en la presente memoria explotan una ventaja en la detection de la fluorescencia de moleculas hijas fotofragmentadas en oposicion (directamente) a la deteccion de fluorescencia de las moleculas diana padres
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asociadas con un material de interes. La deteccion directa de materiales explosivos utilizando la fluorescencia nativa de las moleculas parentales es un reto porque las firmas son normalmente amplias y no presentan caracterlsticas. En el caso de un material explosivo a base de nitro, los fotones en el rayo de laser UV fotodisocia las moleculas diana, generando dioxido de nitrogeno (NO2) y otros fragmentos. La absorcion subsiguiente del mismo foton de color por NO2 da como resultado la predisociacion de la molecula, generando oxido nltrico (NO) y un atomo de oxlgeno. El fragmento NO se puede probar a traves de LIF, donde la absorcion de fotones (posteriores u otros) en el pulsa del rayo de laser UV por NO induce una transicion de resonancia, promoviendo la poblacion de NO en estado fundamental a un estado de energla excitado; cuando el NO se relaja hasta el estado fundamental, la fluorescencia es emitida, proporcionando una huella de espectros unica. La deteccion de PF-LIF de las moleculas NO se beneficia de la fuerte caracterlstica de absorcion de UV de los explosivos a base de nitro y del requisito de la entrada de energla de fotones de UV mlnimo (mJ o incluso J) para lograr fuertes senales de fluorescencia a partir de los fotofragmentos deseados. La intensidad de las senales de LIF ofrece utilidad en una plataforma de deteccion de enfrentamiento. La necesidad de un laser enfocado con precision (que limitarla el area de cobertura del rayo) se alivia, permitiendo por tanto una exploracion rapida sobre un area grande. La cantidad y/o la concentracion de materiales explosivos detectados pueden tambien inferirse a partir de la intensidad de fluorescencia de los fotofragmentos.
La fuente laser 20 se puede controlar para utilizar el mismo color (longitud de onda) de luz (fotones) para facilitar tanto la fotodisociacion, as! como la induccion de LIF de los fotofragmentos. Tambien hay aplicaciones en las que se utiliza un color/longitud de onda diferente para la LIF que el utilizado para la fotofragmentacion, es decir, un pulso de luz a una primera longitud de onda para lograr la fotodisociacion y un pulso de luz a una segunda longitud de onda para inducir la fluorescencia.
La Figura 5 muestra ejemplos de graficos para espectros de fluorescencia y espectros de dispersion Raman que probablemente resultarlan de interrogacion de una superficie o espacio en el que un material explosivo a base de nitro esta presente. En particular, la Figura 5 ilustra los graficos que se esperarla de una configuracion del detector de la FIGURA 1 que utiliza elementos dispersivos y detectores separados para Raman y LIF. El grafico de la izquierda es un grafico de los espectros de dispersion Raman del material diana, y el grafico de la derecha es una grafica de los espectros de fluorescencia de oxido nltrico (NO) que resulta de PF-LIF. Los graficos de espectros de fluorescencia muestran que hay rasgos distintivos en los espectros de fluorescencia para el NO. Reconocer estas caracterlsticas distintivas en los espectros de fluorescencia junto con otras caracterlsticas distintivas en los espectros Raman es indicativo de que las moleculas diana permiten la deteccion precisa de ciertos materiales de interes. En este ejemplo de deteccion, las especies fotofragmentadas no tienen "memoria" de las moleculas diana padres. Los espectros de PF-LIF parecerlan iguales, independientemente del origen de estos fotofragmentos. Por lo tanto, la deteccion de PF-LIF por si solo no necesariamente revela la identidad de las moleculas padres. Solo indica que las moleculas diana padres contienen tales fotofragmentos. Pero los espectros Raman proporcionaran la identification definida de las moleculas diana padres. Por eso, en la configuracion descrita aqul, PF-LIF es complementaria a Raman, y se puede utilizar como un indicador/activador de la presencia de los materiales diana.
Ademas de los materiales a base de nitro tales como los explosivos secundarios y terciarios, la tecnica Raman/PF- LIF que se describe en la presente memoria se pueden aplicar a otros nitratos de refuerzo utilizados en la detonation de material explosivo. Tambien puede aplicarse a la deteccion de materiales a base de peroxido de alta presion de vapor, por ejemplo, peroxido de hidrogeno (HOOH). Los materiales a base de peroxido son inestables debido a la fuerza de union debil entre los atomos de union de oxlgeno. La absorcion de fotones UV (normalmente a longitudes de onda <300 nm) conduce a la disociacion de HOOH, generando fragmentos de OH. Posteriormente, los fragmentos de OH resultantes pueden experimentar transiciones de resonancia a traves de sus transiciones A-X (1,0), (0,0), (1,1), (2,0) cercanas a 282, 309, 315, 262 nm, y su LIF asociada con diferentes niveles de energla se pueden recoger, proporcionando de ese modo los espectros de emision de fluorescencia completamente caracterlsticos. Esta huella de LIF de fragmentos hijos OH puede servir como un indicador de la presencia de las moleculas de las que se genera OH, HOOH en este caso. Si se utiliza la misma longitud de onda para la disociacion de las moleculas HOON padres, entonces un solo foton de color (o una sola llnea de laser) se puede utilizar para ambas etapas PF y LIF, como que en el caso de materiales a base de nitro. Sin embargo, la longitud de onda optima para fotofragmentacion puede ser diferente a la que se necesita para inducir la LIF de los fotofragmentos OH. Por lo tanto, multiples longitudes de onda se pueden utilizar para lograr el proceso de PF-LIF, y los espectros Raman obtenido en multiples longitudes de onda podrlan tambien proporcionar information adicional sobre las moleculas padres tambien.
La tecnica Raman/PF-LIF que se describe en la presente memoria se puede aplicar a otros materiales a base de peroxido de complejidades estructurales superiores, tales como algunos de los explosivos primarios (por ejemplo, peroxidos de acetona), que tienen enlaces peroxido como la columna vertebral de sus estructuras moleculares. En algunos casos, fragmentos de OH se pueden generar como resultado directo de fotodisociacion por UV (en energla de foton especlfica para cada material diana). En otros casos, es probable que la posterior descomposicion de fotofragmentos siguiendo la fotolisis de los materiales diana, tal vez en presencia de especies ricas en protones (por ejemplo, agua, acidos), pueda ser necesaria para producir moleculas de HOOH como un producto intermedio de reaction, y desde las que fragmentos de OH se generan despues y su LIF detectada como se ha descrito anteriormente.
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Ademas, la tecnica Raman/PF-LIF que se describe en la presente memoria se puede aplicar a especies qulmicamente estables, tales como acido nltrico (HNO3). El HNO3 es ampliamente utilizado como un precursor para los radicales OH. Aunque una union de peroxido esta ausente en la estructura molecular de HNO3, los radicales OH se generan facilmente tras la fotolisis por UV de HNO3 (normalmente a longitudes de onda <350 nm). Ademas, los dioxidos de nitrogeno (NO2) se generan, un producto de fotolisis complementario a los radicales OH. El NO2 y/o su posterior fotofragmento, NO, se puede probar utilizando las tecnicas descritas en la presente memoria.
En general, la tecnica Raman/PF-LIF que se describe en la presente memoria se puede emplear para detectar moleculas/compuestos (de materiales explosivos o cualquier otro material) que pueden generar fotofragmentos caracterlsticos con espectros de emision de fluorescencia unica y distintiva. Por ejemplo, las moleculas diatomicas tienen espectros de emision de fluorescencia completamente caracterlsticos (distintivos).
Volviendo ahora a la Figura 6, se muestra otro ejemplo de un sistema de deteccion. El sistema 10' mostrado en la Figura 6 es similar al mostrada en la Figura 1 excepto que se utiliza un solo elemento dispersivo de luz 210 en lugar de dos elementos dispersivos de luz. El elemento dispersivo de luz 210 dispersa la dispersion Raman y la fluorescencia combinadas al detector 220. El detector 220 convierte la luz dispersa para producir espectros que se suministra al ordenador 70. Los espectros producidos pueden contener toda la gama de Raman y toda la gama de ventanas de espectros de LIF o solo caracterlsticas de espectros parciales de los espectros Raman y de los espectros LIF. Aunque toda la gama de ventanas de espectros de emisiones de dispersion Raman y de LIF se pueden recoger, puede ser deseable utilizar las regiones no superpuestas para el analisis. Las tecnicas descritas anteriormente en relacion con las Figuras 2 y 3 se pueden emplear en el sistema 100' para minimizar la interferencia en la captura de la dispersion Raman y la fluorescencia.
La Figura 7 ilustra un ejemplo de un diagrama de datos que se esperarla a partir de la configuracion del sistema detector de la FIGURA 6, donde un solo elemento dispersivo y unico detector se utilizan en lugar de elementos dispersivos/detectores dedicados para Raman y LIF.
A continuation se hace referencia a la Figura 8 para una description de un proceso de deteccion 300 que emplea ambas tecnicas de dispersion de Raman y PF-LIF. En 310, se activa una fuente de laser UV para dirigir al menos un impulso de un rayo UV hasta una superficie o espacio que se va a interrogar. En una realization, solamente un unico pulso se dirige a la superficie o espacio, pero en otras realizaciones un pulso de luz UV a una primera longitud de onda se emite para lograr la fotodisociacion y un pulso de luz UV a una segunda longitud de onda se emite para inducir la fluorescencia.
En 320, cualquier dispersion Raman y fluorescencia inducidas se capturan de la superficie o espacio. En 330, la dispersion Raman y fluorescencia inducidas se recoge y cualquier luz asociada con el laser UV se filtra. En 340, los espectros Raman y espectros de fluorescencia se generan despues de que la luz recogida se hace pasar a traves de cualquiera de los elementos dispersivos separados hacia los detectores separados (como en el ejemplo de la Figura 1) o un solo elemento dispersivo hacia un solo detector (como en el ejemplo de la Figura 6). En 350, los espectros de fluorescencia y espectros Raman se analizan para detectar la presencia de un material de interes en la superficie o espacio.
Existen numerosas aplicaciones de las tecnicas descritas en la presente memoria, incluyendo (sin limitation) la deteccion de materiales explosivos en fase solida, llquida o gaseosa en cualquier entorno incluyendo un entorno civil (aeropuertos, correo, etc.) o entorno de campo de batalla, la deteccion puntual de materiales explosivos a base de nitro o a base de peroxido a distancias de enfrentamiento con una deteccion o detector montado en un vehlculo, la deteccion de materiales explosivos en proyectos de descontaminacion (pre- o post-explosion), y la cuantificacion de la cantidad o concentration de materiales explosivos a partir de la intensidad de fluorescencia de fotofragmentos. Otros fragmentos hijos, tales como CH, CC, CF, CN, NH, o NN, etc., si se han generado tras la fotodisociacion de los materiales diana, se pueden utilizar tambien para identificar las respectivas especies diana padres. Tambien puede haber aplicaciones en las que hay multiples fragmentos hijos (de un material diana de interes) que presentan fluorescencia, pero que uno puede tener un espectro de fluorescencia mas distintivo o un espectro en una region que sea mas facil de analizar (no se superpone con los espectros Raman).
Aunque el aparato, sistema y metodo se ilustran y describen en la presente memoria como realzandose en uno o mas ejemplos especlficos, no pretenden sin embargo limitarse a los detalles mostrados, puesto que diversas modificaciones y cambios estructurales pueden hacerse en los mismos sin apartarse del alcance de aplicacion del aparato, sistema y metodo y dentro del alcance y rango de equivalentes de las reivindicaciones. En consecuencia, es apropiado que las reivindicaciones adjuntas se interpreten en un sentido amplio y de manera consistente con el alcance del aparato, sistema y metodo, como se establece en las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo que comprende:
    - dirigir un rayo (22) de luz ultravioleta a una superficie o un espacio (5) para lograr la fotodisociacion de un material diana para producir moleculas fotofragmentadas;
    - dirigir el rayo (22) de luz ultravioleta a la superficie o el espacio (5) para inducir la fluorescencia de las moleculas fotofragmentadas;
    - capturar la dispersion Raman de la superficie o el espacio (5);
    - capturar la fluorescencia de las moleculas fotofragmentadas inducidas;
    - generar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia de la dispersion Raman y la fluorescencia capturadas; y
    - analizar los espectros de fluorescencia asociados a las moleculas fotofragmentadas y los espectros Raman del material diana para determinar la presencia de un material diana de interes en la superficie o el espacio.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la captura de la fluorescencia y la generacion de los espectros de fluorescencia se realizan un perlodo de tiempo despues de o simultaneamente a la captura de la dispersion Raman y la generacion de los espectros Raman.
  3. 3. El metodo de una de las reivindicaciones anteriores, en el que el analisis comprende analizar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia, en donde los espectros de fluorescencia estan asociados a la fluorescencia emitida por
    - el oxido nltrico producido mediante la fotodisociacion de un material diana explosivo a base de nitro cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta, y en donde la determinacion comprende determinar que el material diana explosivo a base de nitro esta presente en la superficie o en el espacio basandose en los espectros de fluorescencia y los espectros Raman; o
    - los radicales hidroxilo producidos mediante la fotodisociacion de un material diana explosivo a base de peroxido cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta y en donde la determinacion comprende determinar la presencia del material diana explosivo a base de peroxido en la superficie o el espacio basandose en los espectros de fluorescencia y los espectros Raman; o
    - los radicales hidroxilo producidos mediante la fotodisociacion del material cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta y en donde la determinacion comprende determinar la presencia de un material diana explosivo en la superficie o el espacio basandose en los espectros Raman y los espectros de fluorescencia.
  4. 4. El metodo de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la direction comprende dirigir un unico pulso del rayo de luz ultravioleta a la superficie o el espacio y la captura, la generacion y el analisis se realizan con respecto a la dispersion Raman y la fluorescencia inducidas por dicho pulso unico.
  5. 5. El metodo de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la direccion comprende dirigir un pulso del rayo de luz ultravioleta a una primera longitud de onda para lograr la fotodisociacion y un pulso del rayo de luz ultravioleta a una segunda longitud de onda para inducir la fluorescencia.
  6. 6. El metodo de una de las reivindicaciones anteriores, en el que la interrogation comprende dirigir un unico pulso del rayo de luz ultravioleta a la superficie o el espacio y la captura, la generacion y el analisis se realizan con respecto a la dispersion Raman y la fluorescencia inducidas por dicho pulso unico.
  7. 7. El metodo de una de las reivindicaciones anteriores, en el que el analisis comprende analizar los espectros Raman y los espectros de fluorescencia, en el que los espectros de fluorescencia estan asociados a la fluorescencia emitida por una molecula hija fotofragmentada producida mediante la fotodisociacion de un material diana explosivo cuando se irradia con el rayo de luz ultravioleta.
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