微型拉曼光谱仪助力美国研究人员搜寻其他行星上的生命

为了研发SUCR仪器，NASA Langley研究中心和夏威夷大学的研究人员修改了之前开发系统的采集光学系统，以获取距离该仪器更近的样品的光谱。

　　12月21日来自美国弗吉尼亚州汉普顿的消息称，一种用于行星探索的紧凑型光谱仪器已经开发出来。该系统被称为定位超小微型拉曼（SUCR）仪，能够以10微米的分辨率在几厘米（2-20厘米）范围内检测和鉴定矿物质、有机物和生物材料。该主动遥感系统由一个532纳米激光器和一个微型光谱仪构成。

 （图由NASA兰利研究中心的M. Nurul Abedin提供。）

　　SUCR仪器结构紧凑，比其他微型拉曼仪器快得多，采用之前在夏威夷大学开发的直接耦合拉曼系统设计，可在日光下对距离仪器100米远的样品进行远程化学检测（Spectrochim Acta A 2005）。夏威夷大学的紧凑型仪器将所有光学元件直接连接到光谱仪上，与光纤耦合拉曼系统相比，由于信号损失较少，系统的性能得到了显著的提高。
 
　　为了研发SUCR仪器，NASA Langley研究中心和夏威夷大学的研究人员修改了之前开发系统的采集光学系统，以获取距离该仪器更近的样品的光谱。研究人员还通过使用长16.5厘米，宽11.4厘米，高12.7厘米的微型光谱仪，减少了系统的占地面积。
 
　　美国宇航局兰利研究中心和夏威夷大学的研究人员开发了一种新的微型拉曼光谱仪器可以搜寻其他行星上的生命。图为来自Old Dominion大学的学生Derek Davis研究该仪器时的照片。由NASA兰利研究中心的M. Nurul Abedin提供。
 
　　美国宇航局研究人员M. Nurul Abedin表示：“我们必须确保仪器非常小巧轻便，以便它能够搭载一个小型、节省燃料的太空船，实现九个月的火星旅程或六年的欧洲之旅。该仪器还必须可以和搭载在流动站或着陆器上的其他仪器配合使用，并且不受其他行星上恶劣辐射条件的影响。”
 
　　在室内光照条件下，研究人员使用SUCR分析了可能与其他行星（包括硫磺、萘、混合样品、大理石、水、方解石矿物质和氨基酸）的生命有关的矿物质和有机化合物。
 
　　研究人员采用将紧凑型脉冲激光通过焦距为100 毫米的柱面透镜的方式，成功测量了距离仪器10 厘米的样品的拉曼光谱，分析面积为17.3微米x 5毫米。 采用60毫米焦距的柱面透镜，在距离6厘米的样品处实现了10-微米的分辨率。
 
　　Abedin说：“我们现在正在试图通过扫描来扩大分析区域。由于系统具有较高的速度，我们认为能够在一分钟内创建5 x 5 mm区域的拉曼光谱图。若采用传统的微型拉曼系统做这件事则需要几天的时间。”
 
　　研究小组报道说，相较于以前的微型拉曼光谱仪器新仪器进行了一些改进，需要在分析和测量之前收集样品，以便在黑暗中进行。传统的微拉曼仪器也容易受到天然矿物质荧光的干扰。
 
　　Abedin说：“现有系统的局限性在于从火星飞行任务中获得的样本数量和信息量会显著降低。我们精心设计了我们系统的光学系统，以便在日光条件下进行快速分析，并生成高强度的拉曼信号，从而不像传统系统那样容易受到干扰。”
 
　　Abedin表示，SUCR系统未来可用于生物医学、食品分析以及其他无需将样品送至实验室即可从快速化学分析中受益的应用。
 
　　下一步，研究人员计划在模拟火星和其他行星上发现的环境中测试SUCR仪器。然后他们将开始验证过程，以证明该设备可以在目前发现的太空条件下准确运行。
 
　　该研究发表在Applied Optics，OSA出版物，光学学会出版（ doi：10.1364 / AO.57.000062）。