Algorytmy wykrywania substancji chemicznych na podstawie pomiarów widm Ramana

Rejestracja widma promieniowania rozproszonego nieelastycznie podczas zjawiska Ramana, które jest charakterystyczne dla badanej substancji, pozwala na jej identyfikację. W pracy zostały przedstawione przykładowe widma Ramana substancji chemicznych. Następnie opisano błędy podczas pomiarów widm Ramana, powodujące ograniczenia możliwości identyfikacji substancji chemicznych lub ich mieszanin. Szczegółowo przedstawiono możliwości redukcji błędów pomiarowych przez zastosowanie procedur usuwania tła oraz wygładzania rejestrowanych widm we wstępnej fazie przetwarzania. W pracy następnie opisano wybrane algorytmy klasyfikacji, które umożliwiają wyznaczanie składu badanej mieszaniny na podstawie porównania jej widma Ramana z modelami stworzonymi na bazie widm wzorcowych. Ponadto oceniono efektywność wykrywania wybranych substancji chemicznych według przedstawionych metod oraz możliwości ich usprawnienia.

The Raman spectrometers are devices which allow immediate and accurate identification of the examined chemicals without a requirement of a direct contact. The devices are based on the Raman phenomenon, which takes place during illumination of the sample by a monochromatic radiation (e.g. 785 nm laser). Additional bands appear in the scattered spectrum due to the inelastic scattering of excitation monochromatic light on the molecules of the investigated probe. The number, shapes and locations of these bands in the Raman spectrum are unique for the investigated chemicals. Therefore, the irradiated probe can be identified. Raman spectrometers are used for rapid identification of unknown and potentially dangerous substances (e.g. drugs, explosives). The paper presents construction details of the portable Raman spectrometer being prepared at the Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdansk University of Technology. The paper outlines necessary signal processing to assure reliable identification. First interferences encountered during Raman spectra measurements are presented. Secondly, methods of their reduction (background removal, spectra smoothing) are described. The selected algorithms for chemicals classification are outlined. They enable determination of their composition by comparing the measured Raman spectra with the models based on the prepared spectra library. Finally, efficiency of these algorithms is discussed and directions of their further development are outlined.