CN102012371A - 一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，包括一个同时测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤，其中，利用紫外激光照射样品同时利用光谱仪探测样品的荧光激发光谱和拉曼光谱，在该步骤完成之后，将取得的样品材料的拉曼光谱和荧光光谱与一个产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库中同一类别产品材料光谱进行比对，最终判断被测材料的真伪。利用计算机采集上述光谱数据，然后通过网络传输到一个中心服务器，在中心服务器中将上述光谱与产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库中同一类别产品材料光谱进行比对。本发明利用材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱的唯一性，能够系统完整地解决商品真伪判断问题。

Description

一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法和系统

技术领域：

本发明涉及物理领域，尤其涉及光谱测量技术，特别是一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法和系统。

背景技术：

防伪技术是用于识别真伪并防止假冒、仿造行为的技术手段，广泛应用于各个领域，尤其是在文物、珠宝、钟表、化妆品以及箱包等奢侈品领域，另外在食品、音像制品、软件电脑芯片和药品出现造假、侵权较多的领域，也正日益广泛地采用防伪技术防止被假冒侵权。

商品防伪一般有三种方式：第一种方式是包装防伪，例如一次性使用的包装纸或包装膜，可以具有防伪特征的防伪纸或防伪膜；如果是瓶装，例如可以用激光烧一个防伪封口标记，也可以采用防伪包装结构等。第二种方式是在商品或包装上加贴防伪标志，有激光全息、印刷防伪、核微孔防伪、标记分布防伪、数码防伪等等；一般使用多重综合防伪，并可用电话、手机等方式，把商品上代表其惟一身份的号码输进去，即可从返回信息中得知真伪。第三种方式是内涵防伪，即在商品中或商品包装上采用材料特征，利用材料不可转移复制，使用材料特征量的记录和检验，以达到使用的惟一性。例如在酒或药品中放入可食用的无毒的DNA，以备查验真伪。

现有技术中，防伪技术都是在包装上应用，这样不仅使不法分子可以仿造包装，甚至少数经国家有关部门核准的防伪生产企业，受经济利益所驱使，知假助假、恶意而为。通过这种途径流入市场的防伪标识产品，确属真防伪标识，但真防伪标识用于假货上，无异于给假货穿上了“合法外衣”，这种危害与损失更无法估量。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，所述的这种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法要解决现有技术中防伪技术不理想的技术问题。

本发明的这种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法包括一个测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤，其中，在所述的测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，利用紫外激光照射样品同时利用光谱仪探测样品的荧光激发光谱和拉曼光谱，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，将取得的样品材料的拉曼光谱和荧光光谱与一个产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库进行比对，最终判断被测材料的真伪。

进一步的，所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库按一定的结构和规则组织起来的产品材料紫外激光拉曼和荧光联合光谱数据的集合。是综合各产品材料光谱数据形成的数据集合，是存放光谱数据的仓库。网络数据库技术目前是计算机处理与存储数据的最有效、最成功的技术。把其应用到光谱数据库建立上来，使数据库具有数据量大、增长迅速、更新速度快、使用便捷、数据标准、规范、多元等特点。

进一步的，所述的比对是采用特征比对法、特征接合法、几何构图法、重叠比对和综合比对的方法。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，利用智能手机或者计算机采集上述光谱数据，然后通过网络传输到一个中心服务器，在所述的在所述的中心服务器中将上述光谱与所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库中同一类别产品材料相应光谱进行比对，然后将比对结果通过网络回传给智能手机或者计算机。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，所述的紫外激光的波长在200～300nm之间，峰值功率大于1KW。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤之前，对样品材料的表面进行激光清洗。

本发明还提供了一种实现上述的防伪方法的系统，所述这种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统由激光器、光学聚焦透镜、样品室、光学准直采集透镜、紫外滤光片、可见光滤光片、光纤耦合聚焦透镜、光纤、光谱仪、智能手机或计算机、中心服务器和标准样品紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库构成，其中，所述的光学聚焦透镜和样品室均设置在所述的激光器的激光出射光路中，所述的光学聚焦透镜设置在激光器与样品室之间，所述的光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜设置在与样品室的激发光路相交的位置上，光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜相互平行和对中，所述的紫外滤光片固定设置在光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜之间，紫外滤光片与光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜相互平行和对中，所述的可见光滤光片设置在紫外滤光片和光纤耦合聚焦透镜之间的一个运动位置上，所述的光纤的一端设置在光纤耦合聚焦透镜的焦点处，光纤的另一端设置在所述的光谱仪的输入端，光谱仪的输出端与所述的智能手机或计算机连接，智能手机或计算机通过网络与所述的中心服务器连接，中心服务器与所述的标准样品紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库连接。

进一步的，所述的激光器和光谱仪均与一个充电式锂电池连接。

进一步的，所述的激光器和光谱仪的控制接口均与智能手机或计算机连接。

进一步的，所述的激光器是微片激光器，所述的微片激光器中设置有激光谐波变换系统。

进一步的，所述的紫外滤光片由直径10mm、厚度3mm的石英片上镀介质膜构成，对波长小于265nm的光辐射透过率小于1％，对波长大于265nm的光辐射透过率大于90％。

进一步的，所述的可见光滤光片由直径10mm、厚度3mm的石英片上镀介质膜构成，对波长小于400nm的光辐射透过率大于90％，对波长在400-700nm的光辐射透过率小于1％。

本发明的工作原理是：将被测样品放置到样品室内，对于大件固体材料检测，可使大件固体材料表面直接置于激励激光通过光学聚焦系统后的聚焦点处。利用紫外激光(波长200-300nm，峰值功率大于1KW)照射样品，因为激光拉曼和荧光光谱图谱间可以相互补充信息，同时进行拉曼光谱和荧光光谱分析，可以给出有关材料结构和组分的完整图像，这样对复杂材料有更准确的特性识别。联合光谱数据通过智能手机或者计算机采集编辑，然后通过网络传输到中心服务器。中心服务器对这些光谱数据进行处理，首先从产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库中调用原来同一类别产品材料使用同样紫外激光诱导拉曼荧光联合光谱测试终端测试的图谱光谱数据，然后采用比对方法具体包括特征比对法、特征接合法、几何构图法、重叠比对和综合比对对获得的被测材料光谱图谱进行解读，利用产品材料激光拉曼荧光联合光谱图谱具有唯一性的特征，最终判断被测材料真伪。并实时通过网络传回给智能手机或者计算机，将检测结果告知用户。中心服务器对这些光谱数据进行解读时，不需要严格确定产品材料的成分和含量等特征，只是与原来同类产品材料使用同样紫外激光诱导拉曼荧光联合光谱测试终端测试的图谱进行比对，从而判读材料真伪。这样不仅无需专业人员对图谱的科学分析，也无需准备用于定量测试的标准样品。从理论上讲找出激光诱导拉曼和荧光图谱信息完全相同的假冒材料几乎是不可能的。利用材料激光诱导拉曼荧光联合光谱作为材料唯一性判断，是能够系统完整地解决产品真伪判断问题。

另外，本发明采用紫外激光(波长200-300nm，峰值功率大于1KW)激励材料样品时，所产生的拉曼光信号主要在紫外区，从而避免了可见光区域的同时产生的荧光干扰。由于紫外激光(波长200-300nm，峰值功率大于1KW)波长短，峰值功率高，由它激励所产生的拉曼散射比常规使用532nm或近红外激光激发材料产生的拉曼散射显著增强，可使测量灵敏度大幅度提高。这样可以在同一光谱测试终端完成激光拉曼和荧光光谱测量。

并且，采用紫外激光(波长200-300nm，峰值功率大于1KW)激励产品材料时，可以先进行激光清洗.激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物；脉冲激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性，基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。其物理原理可概括如下：激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收，大能量的吸收形成急剧膨胀，产生冲击波，冲击波使污染物变成碎片并被剔除。光脉冲宽度必须足够短，以避免使被处理表面遭到破坏的热积累。每个激光脉冲去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚，则需要多个脉冲进行清洗，将表面清洗干净所需要的脉冲数量取决于表面污染程度。通过激光清洗待测样品表面，可以消除污染物对激光拉曼和荧光光谱测量的干扰。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用网络与高功率紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱在线连接，利用材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱的唯一性，进行材料真伪鉴定。能够系统完整地解决商品真伪判断问题。紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法能广泛应用于食品、医药卫生、材料、商品检验、国防科技、考古、珠宝、文物鉴定等领域。将现代激光光谱分析技术全面运用于商品防伪领域，必将对造假行为严厉遏制。另外也可将该技术全面运用于质量管理，对产品复杂特性做出精确科学的表达。对于成品质量、工艺操作、原料材料的质量控制具有重大意义

附图说明：

图1是本发明中的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法的原理图。

图2是本发明中的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统的实施例的示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1所示，本发明一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，包括一个测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤，其中，在所述的测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，利用紫外激光照射样品同时利用光谱仪探测样品的荧光激发光谱和拉曼光谱，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，将取得的样品材料的拉曼光谱和荧光光谱与一个产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库中同一类别产品材料光谱进行比对，最终判断被测材料的真伪。

进一步的，所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库按一定的结构和规则组织起来的产品材料紫外激光拉曼和荧光联合光谱数据的集合。是综合各产品材料光谱数据形成的数据集合，是存放光谱数据的仓库。网络数据库技术目前是计算机处理与存储数据的最有效、最成功的技术。把其应用到光谱数据库建立上来，使数据库具有数据量大、增长迅速、更新速度快、使用便捷、数据标准、规范、多元等特点。

进一步的，所述的比对是采用特征比对法、特征接合法、几何构图法、重叠比对和综合比对的方法。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，利用智能手机或者计算机采集上述光谱数据，然后通过网络传输到一个中心服务器，在所述的中心服务器中将上述光谱与所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库中同一类别产品材料相应光谱进行比对，然后将比对结果通过网络回传给智能手机或者计算机。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，所述的紫外激光的波长在200～300nm之间，峰值功率大于1KW。

进一步的，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤之前，对样品材料的表面进行激光清洗。

如图2所示，本发明还提供了一种实现上述防伪方法的系统，所述这种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统由由激光器1、光学聚焦透镜3、样品室4、光学准直采集透镜6、紫外滤光片7、可见光滤光片8、光纤耦合聚焦透镜9、光纤10和光谱仪11以及PC机12、中心服务器14和标准样品紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库15构成，其中，所述的光学聚焦透镜3和样品室4均设置在激光器1的激光出射光路2中，光学聚焦透镜3设置在激光器1与样品室4之间，所述的光学准直采集透镜6和光纤耦合聚焦透镜9设置与样品室4的激发光路成一角度可以垂直的位置上，并相互平行和对中，激光在样品上产生的拉曼散射光和荧光5通过光学准直采集透镜6和光纤耦合聚焦透镜9耦合到光纤10中，所述的紫外滤光片7固定设置在光学准直采集透镜6和光纤耦合聚焦透镜9之间，并与它们相互平行和对中，所述的可见光滤光片8设置在紫外滤光片7和光纤耦合聚焦透镜9之间，并与它们相互平行和对中，所述的可见光滤光片8可以运动，当测量拉曼光谱时，它位于紫外滤光片7和光纤耦合聚焦透镜9之间不动，当测量荧光光谱时，它将运动离开，不在位于紫外滤光片7和光纤耦合聚焦透镜9之间，所述的光纤10一端设置在光纤耦合聚焦透镜9的焦点处，另一端设置在光谱仪11的输入端，光谱仪11的输出端与所述的PC机12连接，PC机12通过网络13与所述的中心服务器14连接，中心服务器14通过所述的数据交换系统与所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络数据库15连接，

进一步的，所述的激光器1和光谱仪11均与一个充电式锂电池16连接。

进一步的，所述的激光器1和光谱仪11均与PC机12连接。由PC机12控制激光器1和光谱仪11；

进一步的，所述的激光器1采用微片激光器，并利用激光谐波变换系统产生亚纳秒脉冲激光，脉冲宽度小于1ns，波长263nm；

进一步的，所述的紫外滤光片7采用直径10mm厚度3mm的石英片上镀介质膜，对波长小于265nm的光辐射透过率小于1％，对波长大于265nm的光辐射透过率大于90％。紫外滤光片7的作用是消除紫外激光激励源本身的散射对拉曼和荧光光谱测量的影响。

进一步的，所述的可见光滤光片8也采用直径10mm厚度3mm的石英片上镀介质膜，对波长小于400nm的光辐射透过率大于90％，对波长在400-700nm的光辐射透过率小于1％。可见光滤光片8的作用是消除拉曼光谱测量时荧光对测量的影响。

进一步的，所述的光谱仪11采用光纤10作为信号耦合器件，将光纤耦合聚焦透镜9的焦点处的被测光5耦合到光谱仪11中。

Claims (12)

1.一种利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，包括一个测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤，其特征在于：在所述的测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，利用紫外激光照射样品同时利用光谱仪探测样品的荧光激发光谱和拉曼光谱，在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，将取得的样品材料的拉曼光谱和荧光光谱与一个产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库中的同一类别产品材料图谱进行比对，最终判断被测材料的真伪。

2.如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，其特征在于：所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光光谱联合网络数据库是产品材料紫外激光拉曼和荧光联合光谱数据的集合，是综合各类产品材料光谱数据形成的数据集合，是存放光谱数据的仓库。

3.如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，其特征在于：所述的比对是采用特征比对法、特征接合法、几何构图法、重叠比对和综合比对的方法。

4.如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，其特征在于：在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤完成之后，利用智能手机或者计算机采集上述光谱数据，然后通过网络传输到一个中心服务器，在所述的中心服务器中将上述光谱与所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库中同一类别产品材料相应光谱进行比对，然后将比对结果通过网络回传给智能手机或者计算机。

5.如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，其特征在于：在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤中，所述的紫外激光的波长在200～300nm之间，峰值功率大于1KW。

6.如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法，其特征在于：在测量样品材料的拉曼光谱和荧光光谱的步骤之前，对样品材料的表面进行激光清洗。

7.一种实现如权利要求1所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪方法的系统，由激光器、光学聚焦透镜、样品室、光学准直采集透镜、紫外滤光片、可见光滤光片、光纤耦合聚焦透镜、光纤、光谱仪、智能手机或计算机、中心服务器和产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库构成，其特征在于：所述的光学聚焦透镜和样品室均设置在所述的激光器的激光出射光路中，所述的光学聚焦透镜设置在激光器与样品室之间，所述的光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜设置在与样品室的激发光路相交的位置上，光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜相互平行和对中，所述的紫外滤光片固定设置在光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜之间，紫外滤光片与光学准直采集透镜和光纤耦合聚焦透镜相互平行和对中，所述的可见光滤光片设置在紫外滤光片和光纤耦合聚焦透镜之间的一个运动位置上，所述的光纤的一端设置在光纤耦合聚焦透镜的焦点处，光纤的另一端设置在所述的光谱仪的输入端，光谱仪的输出端与所述的智能手机或计算机连接，智能手机或计算机通过网络与所述的中心服务器连接，中心服务器与所述的产品材料紫外激光诱导拉曼和荧光联合光谱网络数据库连接。

8.如权利要求6所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统，其特征在于：所述的激光器和光谱仪均与一个充电式锂电池连接。

9.如权利要求6所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统，其特征在于：所述的激光器和光谱仪的控制接口均与智能手机或计算机连接。

10.如权利要求6所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统，其特征在于：所述的激光器是微片激光器，所述的微片激光器中设置有激光谐波变换系统。

11.如权利要求6所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统，其特征在于：利用所述的紫外滤光片滤去紫外激光本身激光波长，消除它对拉曼和荧光光谱测量的影响。

12.如权利要求6所述的利用紫外激光拉曼荧光联合光谱的防伪系统，其特征在于：利用所述的可见光滤光片滤去在测量紫外激光拉曼光谱时所产生的荧光干扰。

Images