Спектрограф отличил разные сорта виски без вскрытия бутылки

Nick Offerman's 'Yule Log' / My Tales of Whisky, 2015
Физики смогли отличить дорогие сорта виски друг от друга с помощью обратной рамановской спектроскопии с пространственным сдвигом, не открывая бутылки. Исключить влияние стекла на наблюдения ученым удалось с помощью аксиконуса — линзы, придающей лучу лазера кольцеобразную форму. Исследователи продемонстрировали преимущество такого метода над стандартной рамановской спектроскопией с пространственным сдвигом и показали, что с его помощью можно с высокой точностью идентифицировать различные марки дорогих спиртных напитков. Как пишут авторы статьи, опубликованной в журнале Analytical Methods, спектроскопические системы с аксиконусами могут стать простым и дешевым способом проверки подлинности алкоголя.
Комбинационное рассеяние света (оно же рамановское рассеяние, или эффект Рамана) — это эффект изменения частоты падающего на материю света в процессе его неупругого рассеяния. В отличие от упругого рэлеевского рассеяния, в этом явлении происходит обмен энергией между молекулой вещества и падающим на нее квантом света, а величина переданной энергии зависит от молекулярного строения материи. В результате в спектре рассеянного излучения появляются новые спектральные линии, по положению которых можно судить о химическом составе облучаемого вещества. Такой метод химического анализа, изучения состава и строения вещества называется рамановской спектроскопией.
Обычно в рамановских спектрографах пробный луч лазера и рассеянный изучаемым объектом свет перекрываются, то есть для подачи и сбора излучения используется один и тот же участок оптической схемы. Такой способ ведет к высокой эффективности захвата рассеянного света, но в нем неизбежно регистрируются спектры материалов, которые окружают исследуемое вещество или находятся на пути к нему. Чтобы избежать такого эффекта, физики используют метод рамановской спектроскопии с пространственным сдвигом (Spatially offset Raman spectroscopy, она же SORS). В ней фокальные плоскости подаваемого и собираемого излучения немного смещены друг от друга, что уменьшает нежелательный сигнал от побочных материалов, однако с ним падает и интенсивность излучения от изучаемого объекта.
Альтернатива SORS — так называемая обратная (inverse) SORS или iSORS — использует в качестве источника излучения луч лазера кольцеобразной формы. Такой метод позволяет увеличить интенсивность падающего света и частично разграничить области подачи и регистрации излучения. Именно iSORS в своем исследовании использовал Кишан Дхолакия (Kishan Dholakia) из Сент-Эндрюсского университета для определения спектров рамановского рассеяния виски прямо в бутылке.
Физики использовали аксиконус — линзу, преобразующую падающий на нее прямой луч в кольцо, в фокусе которой формируется луч Бесселя с хорошим сокращением дифракции. В результате на стенки бутылки падал кольцеобразный луч, который фокусировался в точку уже только внутри емкости и возвращался в оптическую схему через неосвещенное лазером стекло. Диафрагма перед спектрометром, в свою очередь, позволяла исключить из наблюдений рассеяние на стекле и изучать спектральные линии рамановского рассеяния луча лазера только на алкоголе.
Ранее мы уже рассказывали о том, как химики научились опознавать виски по следам на дне стакана. А до этого химики с помощью искусственных «языков» отличили настоящий виски от контрафакта.
Никита Козырев