Resonant Raman Technology for Standoff Detection
- Reference number
- SM09-0079
- Start and end dates
- 100101-111231
- Amount granted
- 510 900 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Other
Summary
The overall aim of this proposal is to produce a hardware integrated system for generating resonance Raman spectral fingerprints. The complete device comprises a software, that in conjunction with a few objects like a laser source, a light collecting optical device and a CCD camera for opto-electronic conversion of the light signal, makes up for a full functioning integrated detection system. A particular strength of the system is to generate Raman fingerprints at resonant conditions. The presented technology will be used for stand-off detection of foreign substances. These substances are of gaseous form and found in ultra-low concentrations as due to e.g. the emissions from sealed objects, like parcels, bags, bottles, or other concealing package. Substances of interest for detection include drugs, explosives, poison, microbes, and viruses. With the present proposal we lay the basis for a firm identification of low-concentration substances by establishing fingerprints in the form of a resonant Raman spectrum. We also provide the absolute cross sections for the resonant Raman signal, which is a crucial piece of information in order to derive the technical specification of the detection instruments and the geometrical setup for stand-off detection. Some immediate applications include: 1."long-distance detection of explosives 2."concealed object screening for drugs and infectious substances 3."breath detection of disease proteins and biomolecules
Popular science description
Genom innovationen, som bygger på en ny tillämpning av Resonant Ramanspekroskopi, kan aerosoler och gasformiga ämnen i låga koncentrationer upptäckas sekundsnabbt. Tillämpningar finns inom bland annat sprängämnesdetektion (militär, tull), narkotikabekämpning, medicin (diagnostisk screening av utandningsluft) och industriella processer (processoptimering, utsläppskontroll). Var och en av dessa applikationer representerar mycket stora kundvärden och marknader.Ramanspekroskopi är en kraftfull och välanvänd teknik för att undersöka molekylära strukturer och egenskaper. Metoden bygger på att kollektiva molekylära frihetsgrader exciteras med hjälp av laserljus, vilket gör att man får ett fingeravtryck av målmolekylen i det spridda laserljuset, vars spektrum alltså detekteras. Denna metod fungerar väl för ytor och vätskor, där koncentrationen av målmolekyler är hög nog för att ge en tillräckligt stark signal. För gasformiga ämnen och aerosoler är dock koncentrationen för låg, varför man får tillgripa Resonant Ramanspekroskopi där signalen förstärks genom samverkan med eletronövergångar i målmolekylen. Denna metod är också väl känd, men har inte varit praktiskt genomförbar i stor skala hittills, eftersom den kräver kännedom om en rad målspecifika parametrar för varje molekyl som skall detekteras. Inom vår forskning har en unik beräkningsmetod utvecklats, med vilken alla dessa parametrar enkelt kan fastställas. Genom att göra beräkningar för olika målmolekyler kan resonanta laservåglängden, förväntat spektrum, absoluta tvärsnitt med mera fastställas och lagras i mjukvarubibliotek. Dessa parametrar kan sedan användas för att styra en Ramanuppställning med varierbar laser för att semiautomatiskt detektera de förutbestämda målmolekylerna. Några exempel p[ till'mpning: a) Militära enheter som närmar sig oidentifierade föremål som kan innehålla sprängmedel kan mäta avdunstning av eventuella sprängämnesmolekyler på säkert avstånd. b) I tullsammanhang kan man snabbt och diskret detektera molekyler från sprängämnen, narkotika etc båda över bagage och resande. c) En akutmottagning eller ambulansenhet kan snabbt mäta förekomsten av de vanligaste gifterna hos inkommande patienter genom ett helt enkelt mäta genom utandningsluften och styra prioriteringar och insatser därefter. d) En läkare kan direkt mäta förekomsten av vanliga sjukdomstillstånd genom att analysera utandningsluften hos patienten och automatiskt söka efter sjukdomskorrelerade molekyler.