通过拉伸时间更快更好地检测分子振动信息

红外光谱是一种非侵入性的工具，可以识别未知样品和已知化学物质。它基于不同分子如何与红外光相互作用。您可能在机场看到过这个工具，他们在那里检查非法药物。该技术有许多应用：液体活检、环境气体监测、污染物检测、法医分析、系外行星搜索等。但传统的红外光谱方法提供低(时间)分辨率数据。它们通常只适用于静态样品，因为光谱数据采集是一个缓慢的过程。检测快速变化的现象需要多次快速测量。感谢 Ideguchi 教授和他在东京大学的团队，现在可以获得高速和高分辨率的光谱数据。

分子中的原子被束缚在一起——就像球体被坚硬的弹簧连接在一起。将红外线(2-20 µm 波长)照射在物质上;它吸收红外线能量，“弹簧”振动。振动运动的范围取决于分子的结构。因此，我们可以通过检测物质吸收的波长范围——它的吸收光谱来识别和推断物质的性质。

“随着最近使用机器学习和其他技术分析光谱的能力的提高，红外光谱方法必须快速获取大量分子振动信息。我们想开发红外光谱法来实现这一目标，”Ideguchi 教授解释了研究团队的动机。

传统的时间拉伸红外光谱数据具有较少的可测量光谱元素 (~30)，因为仪器在光学技术目前有限的红外区域工作。“UC-TSIR 通过使用波长转换技术(上转换)将包含分子振动信息的红外脉冲转换为近红外脉冲，并在近红外区域暂时拉伸和检测脉冲，打破了这一限制，”桥本博士说。与传统方法相比，UC-TSIR 提供了超过 30 倍的光谱元素和 400 倍的光谱分辨率。UC-TSIR 可以在高时间分辨率下追踪高速现象，例如气体分子的燃烧和生物分子的不可逆化学反应。

从理论上讲，这个概念听起来简单易行;但远非如此。“我们仔细选择了光学元件并通过反复试验调整了参数。即使在构建设置之后，我们也处理了由不需要的非线性光学效应和不充分的时间拉伸引起的各种光谱失真。在处理完这些问题后，当我们终于看到清晰的红外吸收光谱时，我们非常高兴，”桥本博士说。“UC-TSIR 进行的纳秒级或微秒级超快速连续红外光谱测量可以解决传统光谱方法无法解决的问题。”