三星堆出土象牙历经三千余年，是研究古蜀文明的重要载体。由于长期埋藏于地下，这些象牙持续受到地下水、可溶盐及微生物等因素侵蚀，内部结构已十分脆弱。对其进行科学保护与修复，需具备微米级分辨率，以在无损条件下获取其成分与微结构信息。
近日，中国科学院空天信息创新研究院团队研制出显微时间门控拉曼光谱仪。该仪器通过关键技术，提升了在强荧光背景下的抗干扰能力，并已成功应用于三星堆出土象牙碎片的无损检测，揭示了其在长期地质作用下的老化过程。
拉曼光谱技术具有无损、可识别分子结构及微米级空间分辨的优势，是研究象牙微观结构的理想手段。该技术通过光与物质相互作用获取样品的“分子指纹”，但过程中常伴随产生高强度荧光信号，易掩盖微弱的拉曼信号。拉曼信号寿命极短、低于皮秒级，而荧光信号寿命较长、在纳秒级以上。时间门控拉曼光谱技术利用拉曼信号与荧光信号寿命的差异，通过在拉曼信号到达的极短时间窗口内开启探测“快门”，即可有效采集拉曼信号并抑制荧光背景。
研究显示，四块象牙碎片的荧光强度差异明显，其中两块在传统连续光拉曼条件下几乎无法得到有效信号。而在时间门控拉曼检测中，荧光干扰被有效抑制，强荧光样品的拉曼信噪比提升超过20倍，象牙内部成分差异清晰显现。分析表明，不同埋藏环境的象牙在有机质含量、骨架结晶性和腐蚀程度上存在明显差异；金属离子侵入及硫酸根等非金属离子替代羟基磷灰石，是导致象牙深度老化的主要原因，部分样品还可能经历过焚烧等人为破坏。
时间门控拉曼光谱技术突破了强荧光背景下的检测限制，揭示了象牙中微量离子侵入、骨架损伤及有机质残留等信息，为文物保护修复提供了分子层面的科学依据，也为探究古蜀文明及其埋藏环境提供了新方法。该技术通用性强，可推广至其他强荧光样品的分析，在文物保护、材料科学及环境研究等领域具有应用潜力。
相关研究成果发表在《美国化学会-应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。
团队自主研发的时间门控拉曼光谱仪原型机
时间门控拉曼光谱及其对三星堆象牙的分析
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