CN101514964A - 一种基于拉曼光谱技术的物质检测仪 - Google Patents

一种基于拉曼光谱技术的物质检测仪 Download PDF

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本发明涉及光谱检测领域，尤其涉及基于拉曼光谱的物质检测仪。本发明的基于拉曼光谱技术的物质检测仪，包括激光器，用以提供样品的激发光源；镜头，用以聚焦所述的激光器的光照射至样品上，并用以收集样品的反射光；瑞利滤光模块，用以将所述的镜头的反射光中的瑞利散射光滤除；光电探测器，用以将光信号转换成电信号；后序处理分析模块，将所述的光电探测器的电信号进行后序处理输出；更主要的，在所述的瑞利滤光模块和所述的光电探测器之间设置有分光模块。本发明采用如上技术方案，根据感兴趣的一种或少数几种物质有针对性地开发出功能简单和有效，但便携和便宜的基于拉曼光谱技术的物质检测仪。

Description

一种基于拉曼光谱技术的物质检测仪
技术领域
本发明涉及光谱检测领域，尤其涉及基于拉曼光谱的物质检测仪。
背景技术
物质的分析和实时检测受到了越来越多的关注，物质分析检测的技术在不断发展，相关设备的市场也在不断细分和扩大。当前，物质的分析和实时检测的需求主要来自以下一些领域，如食品安全、生物医疗、宝石鉴定、文物鉴定、刑事鉴定、公共安全、地质探矿、材料科学和环境监测等。在迅速变化的市场中，主要有几个趋势：一是检测的准确性；二是快速甚至实时的检测；三是小型化；四是低价格。
在分析实验室中用光谱来测量材料的物理和分析性质是一种成熟的技术。拉曼光谱是这类技术中的一种，它能提供有关化学物质的组成或分子结构的定性和定量方面的信息。当入射辐射和物质相互作用时它可以发生一种称为散射的过程。经散射的射线可以是弹性的，这时入射线的波长在散射辐射中没有改变，也可以是非弹性的，其中散射辐射的波长与入射辐射不同。在非弹性散射的一种形式中，称它为拉曼散射，入射的光子在散射时或者获得能量，或者失去能量。散射与入射辐射能量的差别一般被称为拉曼迁移。得到的拉曼迁移光谱提供了各种分子振动运动的能量讯息并传达了有关所研究的物质的化学和分子结构方面的讯息。通过检测样品的拉曼光谱，可以定性甚至半定量地分析样品中的物质组成。拉曼光谱的检测周期相对于质谱法和色谱法等方法要短得多，在一些场合还可以基本达到实时的检测。传统的拉曼光谱仪体积庞大、结构复杂且造价昂贵，还需要专业的人员才能进行操作和分析。随着激光器、光电探测器和集成电路等相关部件和技术的发展，拉曼光谱仪目前已经在想小型化低成本方向发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于拉曼光谱技术的物质检测仪，具体的技术方案是：
本发明的基于拉曼光谱技术的物质检测仪，包括
激光器，用以提供样品的激发光源；
镜头，用以聚焦所述的激光器的光照射至样品上，并用以收集样品的反射光；
瑞利滤光模块，用以将所述的镜头的反射光中的瑞利散射光滤除；
光电探测器，用以将光信号转换成电信号；
后序处理分析模块，将所述的光电探测器的电信号进行后序处理输出；
更主要的，在所述的瑞利滤光模块和所述的光电探测器之间设置有分光模块。
进一步的，所述的后序处理分析模块包括控制/采集电路、控制/显示模块和输入输出端口，所述的控制/采集电路接收处理光电探测器的电信号，并反馈控制激光器调节；所述的控制/显示模块用以显示检测结果；所述的输入输出端口连接至计算机进行后端处理分析。
进一步的，所述的分光模块是空间分光模块或时序分光模块。空间分光模块将不同波长的特征光成分以不同的角度从空间分光模块出射。所述的空间分光模块可以是透射型光栅或反射型光栅或分光棱镜等。时序分光模块将不同波长的光成分可以依次从时序分光模块出射。所述的时序分光模块可以是可转动的光栅或可切换的滤光片组或可调制的标准具等。
进一步的，所述的激光器是红外光激光器或可见光激光器或紫外光激光器等不同波长的激光器，比如532nm、785nm、808nm或1064nm等波长的激光器。所述的光电探测器是光电二极管或光电倍增管或InGaAs探测器或CCD探测器或CMOS探测器等各种光电探测器。
本发明所述的物质检测仪用以检测定制的一种或一类物质。可以根据需要利用分光模块从不同波长的光挑选一种或少数几种物质的光进行分析。
本发明采用如上技术方案，根据感兴趣的一种或少数几种物质有针对性地开发出功能简单和有效，但便携和便宜的基于拉曼光谱技术的物质检测仪。使用这种方法开发的各种物质检测仪，具有便携、低价、快速和准确等优点，可以被用在各个领域，比如用于食品安全领域的三聚氰胺检测仪、用于宝石鉴定领域的宝石检测仪和用于缉毒领域的毒品检测仪等等。
附图说明
图1是本发明基于拉曼光谱技术的物质检测仪的结构示意图；
图2是空间分光物质检测仪的光路结构示意图；
图3是时序分光物质检测仪的光路结构示意图；
图4是钻石的特征拉曼谱线；
图5是乙腈的特征拉曼谱线；
图6是锆石的特征拉曼谱线。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明采用的技术方案的主要原理是：该物质检测仪将某一波长的激光照射到待检测样品上，然后收集样品的拉曼散射光，收集到的光线在经过瑞利滤光模块滤除瑞利散射光后，接下来由分光模块分拣出感兴趣的波长的光照射到光电探测器上，最后通过收集和分析光电探测器探测到的信号来判断样品中是否含有该物质且大致含量为多少。
请参阅图1所示，本发明所提供的基于拉曼光谱技术的物质检测仪100包括八个主要部分，即控制/显示模块101、控制/采集电路102、激光器103、镜头104、瑞利滤光模块105、分光模块106、光电探测器107和输入/输出端口108。
如图1所示，操作者首先可以通过控制/显示模块101输入检测指令，即可控制控制/采集电路102启动激光器103。激光器103输出某一波长的激发光109，激发光109通过镜头104聚焦到待检测样品112上，样品112上会散射出瑞利散射光110(波长与激发光109相同)和拉曼散射光111(波长与激发光109不同)。瑞利散射光110和拉曼散射光111一同由镜头104收集进入物质检测仪100，在经过瑞利滤光模块105时瑞利散射光110会无法透过，只透过对物质检测有用的拉曼散射光111。拉曼散射光111由于通常包含一个或多个不同波长的光成分，因此拉曼散射光111需要经过分光模块106进行分光，使不同波长的光成分在空间上分开或时序地分开。被分光后的拉曼散射光111由光电探测器107转化为电信号，电信号会反馈给控制/采集电路102。控制/采集电路102对电信号进行处理分析后，最终将结果传输到控制/显示模块101上反馈给操作者。同时，操作者还可以通过使用计算机连接输入/输出模块108来操作该物质分析仪100。在这种物质分析仪中使用的激光器103可以是各种可见和近红外、紫外光的激光器，比如532nm、785nm、808nm或1064nm等波长的激光器。
图2所示为空间分光的物质检测仪的光路结构200。激光器103输出某一波长的激发光109，激发光109通过镜头104聚焦到待检测样品112上，样品112上会散射出瑞利散射光110(波长与激发光109相同)和拉曼散射光111(波长与激发光109不同)。瑞利散射光110和拉曼散射光111一同由镜头104收集进入物质检测仪，在经过瑞利滤光模块105时瑞利散射光110会无法透过，只透过对物质检测有用的拉曼散射光111。样品的特征拉曼散射光111通常包含一个或多个不同波长的光成分，在经过空间分光模块205时会进行分光，不同波长的特征光成分(波长1、波长2、......波长n)会以不同的角度从空间分光模块205出射，在这几个特征拉曼峰出射的方向对应地放置上一个或几个光电探测器107就可以测量样品的特征光谱。空间分光模块205可以使用透射型或反射型光栅，或者使用棱镜等空间分光元件。光电探测器107可以使用光电二极管、光电倍增管、InGaAs探测器、CCD或CMOS等各种探测器。
图3所示为时序分光的物质分析仪的光路结构300。激光器103输出某一波长的激发光109，激发光109通过镜头104聚焦到待检测样品112上，样品112上会散射出瑞利散射光110(波长与激发光109相同)和拉曼散射光111(波长与激发光109不同)。瑞利散射光110和拉曼散射光111一同由镜头104收集进入物质检测仪，在经过瑞利滤光模块105时瑞利散射光110会无法透过，只透过对物质检测有用的拉曼散射光111。样品的特征拉曼散射光111通常包含一个或多个不同波长的光成分，在经过时序分光模块305时会进行分光，只要在分光模块305后放置一个光电探测器107，不同波长的光成分(波长1、波长2、......波长n)就可以依次从时序分光模块305射向探测器306。时序分光模块305可以使用可转动的光栅、可切换的滤光片组或可调制的标准具等时序分光元件。光电探测器107可以使用光电二极管、光电倍增管、InGaAs探测器、CCD或CMOS等各种探测器。
图4所示为钻石的拉曼光谱，其特征峰的位置为1331.5cm-1(单位为波数)，因此可以据此开发出专门的钻石分析仪。由于只需要检测一个特征峰，不管是光路、分光模块和探测器都可以做的相对简单，可以做到便携和低价。图5和图6分别为乙腈和锆石的特征拉曼光谱，它们的特征峰都不止一个，要开发各自针对它们的分析仪，就要比专门的钻石分析仪稍复杂，但仍要比检测全光谱范围的仪器要简单得多。
众所周知，钻石和锆石同属宝石类，而锆石又是常用来仿冒钻石的材料之一，因此可以根据它们的特征峰开发出一款可同时检测它们的分析仪。这样的宝石分析仪还可以包含检测蓝宝石和红宝石等其它各种宝石的功能。因此，可以根据针对的样品的一些特性分类，来开发针对一类产品的分析仪，比如宝石分析仪、爆炸物分析仪和毒品分析仪等等，同样具有很高的市场价值。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于拉曼光谱技术的物质检测仪，包括
激光器，用以提供样品的激发光源；
镜头，用以聚焦所述的激光器的光照射至样品上，并用以收集样品的反射光；
瑞利滤光模块，用以将所述的镜头的反射光中的瑞利散射光滤除；
光电探测器，用以将光信号转换成电信号；
后序处理分析模块，将所述的光电探测器的电信号进行后序处理输出；
其特征在于：在所述的瑞利滤光模块和所述的光电探测器之间设置有分光模块。
2.如权利要求1所述的物质检测仪，其特征在于：所述的后序处理分析模块包括控制/采集电路、控制/显示模块和输入输出端口，所述的控制/采集电路接收处理光电探测器的电信号，并反馈控制激光器调节；所述的控制/显示模块用以显示检测结果；所述的输入输出端口连接至计算机进行后端处理分析。
3.如权利要求1所述的物质检测仪，其特征在于：所述的分光模块是空间分光模块。
4.如权利要求3所述的物质检测仪，其特征在于：所述的空间分光模块是透射型光栅或反射型光栅或分光棱镜。
5.如权利要求1所述的物质检测仪，其特征在于：所述的分光模块是时序分光模块。
6.如权利要求5所述的物质检测仪，其特征在于：所述的时序分光模块是可转动的光栅或可切换的滤光片组或可调制的标准具。
7.如权利要求1所述的物质检测仪，其特征在于：所述的激光器是红外光激光器或可见光激光器或紫外光激光器。
8.如权利要求1所述的物质检测仪，其特征在于：所述的光电探测器是光电二极管或光电倍增管或InGaAs探测器或CCD探测器或CMOS探测器。
9.如上任一权利要求所述的物质检测仪，其特征在于：所述的物质检测仪用以检测定制的一种或一类物质。
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829406A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 北京工业大学 一种强脉冲光光子治疗仪治疗光头的质量检测系统及方法
CN101915757A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 北京路源光科技有限公司 简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置
CN102313729A (zh) * 2011-07-29 2012-01-11 北京华泰诺安科技有限公司 一种便携式拉曼光谱仪
CN102928397A (zh) * 2012-11-07 2013-02-13 厦门大学 全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统
CN103196888A (zh) * 2013-04-02 2013-07-10 香港应用科技研究院有限公司 拉曼信号检测和分析系统及其方法
CN104105957A (zh) * 2011-09-30 2014-10-15 生命科技公司 用于生物分析的光学系统和方法
CN104422681A (zh) * 2013-09-02 2015-03-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种拉曼光谱仪
CN104697972A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种在线实时检测外延片生长的方法
CN104697973A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种外延片拉曼散射光谱数据生成方法
CN104697974A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种在线实时检测外延片生长的装置
CN104777150A (zh) * 2015-04-20 2015-07-15 中国计量学院 测量牛奶或奶粉蛋白质掺假的便携滤光片式拉曼光谱仪
CN104865279A (zh) * 2014-02-26 2015-08-26 清华大学 一种用于海关监管物项的快速检查设备和方法
CN104931477A (zh) * 2015-01-23 2015-09-23 成都鼎智汇科技有限公司 一种高精度拉曼光谱爆炸物识别仪
CN104964964A (zh) * 2015-07-27 2015-10-07 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪
CN105572097A (zh) * 2015-12-29 2016-05-11 北京华泰诺安探测技术有限公司 双波长远程拉曼探测系统
CN106290291A (zh) * 2015-06-12 2017-01-04 上海良相智能化工程有限公司 一种用于现场毒品识别的便携式拉曼光谱仪
CN109580641A (zh) * 2018-12-12 2019-04-05 江苏大学 一种笔记本电脑面板自动检测装置
CN115468947A (zh) * 2022-11-01 2022-12-13 季华实验室 一种拉曼光谱笼式系统以及拉曼光谱检测方法

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829406A (zh) * 2010-04-30 2010-09-15 北京工业大学 一种强脉冲光光子治疗仪治疗光头的质量检测系统及方法
CN101915757A (zh) * 2010-08-10 2010-12-15 北京路源光科技有限公司 简易型拉曼远距离爆炸物的快速检测装置
CN102313729A (zh) * 2011-07-29 2012-01-11 北京华泰诺安科技有限公司 一种便携式拉曼光谱仪
CN102313729B (zh) * 2011-07-29 2013-05-15 北京华泰诺安科技有限公司 一种便携式拉曼光谱仪
CN104105957A (zh) * 2011-09-30 2014-10-15 生命科技公司 用于生物分析的光学系统和方法
CN104105957B (zh) * 2011-09-30 2018-06-19 生命科技公司 用于生物分析的光学系统和方法
CN102928397A (zh) * 2012-11-07 2013-02-13 厦门大学 全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统
CN102928397B (zh) * 2012-11-07 2015-11-04 厦门大学 全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统
CN103196888A (zh) * 2013-04-02 2013-07-10 香港应用科技研究院有限公司 拉曼信号检测和分析系统及其方法
CN103196888B (zh) * 2013-04-02 2015-11-18 香港应用科技研究院有限公司 拉曼信号检测和分析系统及其方法
CN104422681A (zh) * 2013-09-02 2015-03-18 中国科学院大连化学物理研究所 一种拉曼光谱仪
CN104697972A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种在线实时检测外延片生长的方法
CN104697973A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种外延片拉曼散射光谱数据生成方法
CN104697974A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 北京智朗芯光科技有限公司 一种在线实时检测外延片生长的装置
CN104697974B (zh) * 2013-12-04 2017-09-12 北京智朗芯光科技有限公司 一种在线实时检测外延片生长的装置
CN104865279A (zh) * 2014-02-26 2015-08-26 清华大学 一种用于海关监管物项的快速检查设备和方法
CN104931477A (zh) * 2015-01-23 2015-09-23 成都鼎智汇科技有限公司 一种高精度拉曼光谱爆炸物识别仪
CN104777150A (zh) * 2015-04-20 2015-07-15 中国计量学院 测量牛奶或奶粉蛋白质掺假的便携滤光片式拉曼光谱仪
CN106290291A (zh) * 2015-06-12 2017-01-04 上海良相智能化工程有限公司 一种用于现场毒品识别的便携式拉曼光谱仪
CN104964964A (zh) * 2015-07-27 2015-10-07 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于棱镜分光的便携式激光拉曼光谱仪
CN105572097A (zh) * 2015-12-29 2016-05-11 北京华泰诺安探测技术有限公司 双波长远程拉曼探测系统
CN109580641A (zh) * 2018-12-12 2019-04-05 江苏大学 一种笔记本电脑面板自动检测装置
CN109580641B (zh) * 2018-12-12 2021-02-12 江苏大学 一种笔记本电脑面板自动检测装置
CN115468947A (zh) * 2022-11-01 2022-12-13 季华实验室 一种拉曼光谱笼式系统以及拉曼光谱检测方法

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