透过包装看穿诡计-光谱学

chen li:有些物质，包括毒品和炸药，可以通过将它们溶解在另一种液体中来隐藏，比如将一瓶看起来无害的烈酒或将它们包装在不透明的容器中。这使得安全或边境部队很难在不打开并可能危及内容的情况下找到它们。但现在，一家由STFC资助的研究公司Cobalt Light Systems开发了一种设备，可以透过包装，并使用一种名为空间偏移拉曼光谱(spatial Offset Raman Spectroscopy，简称SORS)的技术，准确地告诉你里面有什么。帕维尔·马图塞克教授在牛津附近的卢瑟福·阿普尔顿实验室开发了这项技术。他是Cobalt Light Systems的首席科学官，现在加入我们。你好,帕维尔。感谢收看我们的节目。

帕维尔-你好，海伦。

海伦:也许我们就从什么是SORS开始吧?它是什么，它是如何工作的?

帕维尔:所以，sor基本上是一种激光光谱学技术。它基于一种被称为拉曼光谱的成熟技术，该技术提供了高化学特异性或高能力，可以准确地确定我们正在探测的物质的化学成分，但有一点扭曲。这种转变使我们能够应用于更广泛的容器，从而使我们能够满足监管机构的要求，在航空安全中使用这种技术来确定未开封的瓶子的内容。

海伦:那是什么呢?这是一种激光，对吗?

帕维尔:的确，所以我们要做的是用激光照射样品，类似于激光笔，但功率略高。当光子撞击样品时，它们会散射——其中大部分是弹性的，因此它们不会与材料交换能量。但是这些光子中很小很小的一部分激活了我们撞击的分子内部的振动。结果，它们失去了相同数量的能量来激活振动运动，然后作为能量损失的结果，它们改变了颜色。一个分子可以有很多可以接受的能量。这些是谨慎的，因此，如果你检查从样本中发射回我们的光子的光谱，观察特征线，不同的颜色和它们的强度模式，我们可以确定我们正在看的是什么化学成分。

这就是拉曼光谱技术的基础。我们使用的扭曲是，我们实际上没有从激光照射的区域收集信号，这是你在传统的拉曼光谱中会做的，因为这会导致你被你正在探测的样品表面弄得眼花缭乱，例如，容器壁。我们向侧面探查几毫米，在那里我们可以更清楚地看到里面的物质，而且我们不会被来自表面的信号所淹没。这是一个类似的情况，例如，在天空中的星星。在白天，你看不到它们，因为你被太阳辐射弄得眼花缭乱。然而，如果你在夜晚等待足够长的时间，你可以清楚地看到星星，或者如果你有日食，你也可以清楚地看到它们。以同样的方式，我们正在向侧面移动，并有效地抑制来自表面的耀眼辐射。

海伦:所以从某种意义上说，你可以透过容器看到里面的东西。你怎么知道里面是否有溶解的东西，你感兴趣的东西或者安全人员感兴趣的东西?

帕维尔:嗯，我们基本上检查光谱，我们检测到的线条模式，它告诉我们内容。如果我们有一个混合物，你会很清楚地看到溶剂和溶质的含量。所以这就是我们正在做的，我们将这些指纹与一个藏有违禁物质的图书馆进行比较，这些违禁物质可能是爆炸物。如果发现爆炸物，我们会拉响警报。这种技术的一个独特之处在于我们可以达到极低的误报率。所以这意味着如果你把一个无害的瓶子放入系统中，假警报率只有0.5%，而传统技术的假警报率至少高出10倍。因此，对机场运营商的干扰要小得多。如果你愿意，这是一个微不足道的误报率。

所以它不会在不应该响的时候触发警报，但是作为一种技术，它有多敏感呢?它真的能探测到我们感兴趣的少量物质吗?

帕维尔-它当然可以确定或检测相关的量，因为微量溶解在某些东西是不显著的。它可以检测到0.5%或0.1%或1%的浓度，但这些浓度与爆炸物的可行性有关。在安全设置方面，这满足了监管机构的要求，该仪器通过了所谓的ECOCK测试，这是一项欧洲测试，要求这种技术在机场部署，并通过了出色的测试。

海伦:我们很快就会看到这种技术吗?它的速度是否足够快，以至于每个人都能接受测试?还是说，它只是对一些通过安检的人进行测试，还是说它将成为我们所有人都要做的一种例行公事?我们包里的任何液体都可以用你们的机器扫描然后就能知道我们包里装的是什么了?

仪器的速度足以测试每一个含有大量液体的瓶子。测试本身需要5秒钟，所以我们的想法是，你有一台x光机，如果x光机在你的包里发现了可疑的东西，他们就会把它拿出来，放进机器里，我们的机器会验证里面的东西是良性的，或者如果发现了爆炸物就会发出警报。

假设，如果恐怖分子和那些试图通过这些东西的人想出了一些数据库中没有的新分子，那么这将是一个问题。你也必须跟上技术的发展。

Pavel:当然，安全当局应该维护与此相关的图书馆数据库。他们必须在我们进行的过程中更新数据库以便有一个有效的设备或筛选设备。

海伦:最后，这是否意味着我们将来可以在飞机上携带更多的液体?所以，不再限制-我们现在允许100毫升吗?

帕维尔:没错。目前是100毫升。预计这项禁令或限制将在2013年4月取消，我们期待欧盟委员会在今年夏天晚些时候对此做出最终裁决，我们不知道这项禁令是否会在4月取消，还是会在一年后实施。

海伦:我们将拭目以待，我个人也希望如此，因为在我去安检之前，我总是不得不喝光所有的水，那是……

克里斯-然后你在整个飞行过程中都要小便!

海伦:没错!非常感谢。这是来自Cobalt Light Systems公司的Pavel Matousek教授，他向我们讲述了关于传感器的一切，以及它将如何改变我们乘坐飞机的体验。