CN102590156A - 一种原位集成多光谱测量系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位集成多光谱测量系统及方法。该系统包括原位集成多光谱诱导激发单元、至少一个光源及激发光聚焦单元、至少三个光谱信号检测单元；还包括至少一个圆环形轨道和与所述圆环形轨道相匹配的径向辐射臂，每条臂均可绕相应的圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，其中，径向辐射臂的总条数至少为四条；原位集成多光谱诱导激发单元为一表面等离子体共振耦合元件，其位于第一圆环形轨道的中心区域；其中的表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线与所述第一圆环形轨道的中心轴重合；光源及激发光聚焦单元和光谱信号检测单元均固定在各自的径向辐射臂上。
Description
技术领域
本发明属于测试仪器技术领域，具体涉及一种原位集成多光谱测量系统及检测方法。
背景技术
光谱测量已经发展为一种成熟的检测分析方法，广泛应用于物理、化学、材料、生物、医学等领域。但是目前的光谱仪器多是单光谱测量仪器，如需对样品进行多种光谱测量，则要使用多台仪器分别进行测量。
对于针对复杂样品的分析或是针对简单样品的高效分析，单光谱测量仪器难以满足要求。复合多光谱同时测量分析是一种有效的解决策略，一次测量即能同时给出多种光谱检测信息，不仅可以减少制样次数，降低样品消耗，还能够有效提高多种光谱检测结果的相关性。
基于表面等离子体共振原位检测技术，在原位检测表面等离子体共振吸收光谱的同时，还可利用表面等离子体激子诱导激发并原位检测如荧光光谱、瑞利散射光谱、拉曼光谱等多种光谱信号。目前主要集中于包括表面等离子体共振吸收光谱和表面等离子体激子诱导激发的一种光谱信号的双光谱同时检测系统，多种光谱的原位同时检测装置尚待发展；而且对于一些微弱光谱信号，检测角度的调节能够有效地优化信号的收集效率，进而提高信号强度与信噪比，因此，在装置或系统中如能灵活调节光谱信号的检测角度是非常重要且有意义的。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种原位集成多光谱测量系统及方法。该系统中：激发光的入射角度和表面等离子体共振吸收光谱信号的检测角度可联动或独立调节；具有多条光谱信号收集通道，信号检测角度灵活可调；能够有效提高光谱信号的激发效率与收集效率；能够同时收集多种光谱信号；亦可实现多通道同时检测同种光谱信号后再累加，从而提高信噪比与检测灵敏度。本发明可同时检测的光谱信号的数目不限，能够实现三维空间光激发与信号检测。本发明可实现同一样品同一区域同一时刻的多种光谱信号的检测分析，方便于简单或复杂样品的性质的高效分析与表征，以及界面上多物种的检测与监测。
本发明所提供的原位集成多光谱测量系统，主要包括原位集成多光谱诱导激发单元、至少一个光源及激发光聚焦单元、至少三个光谱信号检测单元；还包括至少一个圆环形轨道和与所述圆环形轨道相匹配的径向辐射臂，每条臂均可绕相应的圆环形轨道的中心轴沿圆环形轨道滑动，其中，所述径向辐射臂的总条数至少为四条；
所述光源及激发光聚焦单元固定在同一条径向辐射臂上，该径向辐射臂定义为光激发臂；
所述至少三个光谱信号检测单元分别固定在其它径向辐射臂上，以用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号和其它表面等离子体激子诱导激发光谱信号，如表面等离子体激子诱导激发荧光光谱、表面等离子体激子诱导激发拉曼光谱、表面等离子体激子诱导激发瑞利散射光谱等光谱信号；所述光源及激发光聚焦单元固定的径向辐射臂与表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，实现光激发角度与反射的表面等离子体共振吸收光谱信号检测角度的调节；所述其它表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，从而可改变并优化光谱信号的检测角度；
所述圆环形轨道中至少一个圆环形轨道具有与其相匹配的至少两条径向辐射臂，其中一条径向辐射臂上固定有光源及激发光聚焦单元，另一条径向辐射臂上固定有用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号的光谱信号检测单元；该圆环形轨道定义为第一圆环形轨道；
所述原位集成多光谱诱导激发单元为一表面等离子体共振耦合元件，其位于所述第一圆环形轨道的中心区域；所述表面等离子体共振耦合元件由表面等离子体共振耦合棱镜和制备于其工作面的表面等离子体共振传感膜组成；所述表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线与所述第一圆环形轨道的中心轴重合。
当所述原位集成多光谱测量系统具有一个圆环形轨道时，所述的至少四条径向辐射臂共轴且与该圆环形轨道相匹配。当所述原位集成多光谱测量系统具有至少两个圆环形轨道时，固定有用于检测表面等离子体激子诱导激发光谱信号的光谱信号检测单元的径向辐射臂可与固定有用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号的光谱信号检测单元的径向辐射臂共轴且与同一个圆环形轨道相匹配，或分别与不同的圆环形轨道相匹配。
作为本发明的一种典型方式，该原位集成多光谱测量系统包括一个圆环形轨道和与其相匹配的至少四条共轴的径向辐射臂；所述表面等离子体共振耦合元件位于圆环形轨道的中心区域，其表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线恰好与圆环形轨道的中心轴重合；第一条径向辐射臂为光激发臂，其上固定着光源及激发光聚焦单元；第二条径向辐射臂为表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂，其上固定着表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元；第三条与第四条径向辐射臂均为表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂，其上固定着相应的表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元，可用于检测如表面等离子体激子诱导激发荧光光谱、表面等离子体激子诱导激发拉曼光谱、表面等离子体激子诱导激发瑞利散射光谱等光谱信号；所述第一条光激发臂与第二条表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂对称地分布于表面等离子体共振耦合棱镜中心轴的两侧，可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道进行相对或相反的“镊子式”联动或独立滑动，实现光激发角度与反射的表面等离子体共振吸收光谱信号检测角度的联动或独立调节；所述第三条与第四条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，从而可改变并优化光谱信号的检测角度。
作为本发明的另一种典型方式，该原位集成多光谱测量系统包括一个圆环形轨道和与其相匹配的至少四条共轴的径向辐射臂；所述表面等离子体共振耦合元件位于圆环形轨道的中心区域，其表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线恰好与圆环形轨道的中心轴重合；第一条径向辐射臂为光激发臂，其上固定着光源及激发光聚焦单元；所述第二条径向辐射臂为表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂，其上固定着表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测单元，从而可实现表面等离子体共振吸收光谱信号和透过表面等离子体共振耦合棱镜的表面等离子体激子诱导激发光谱信号的检测；第三条与第四条径向辐射臂均为表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂，其上固定着相应的表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元，可用于检测如表面等离子体激子诱导激发荧光光谱、表面等离子体激子诱导激发拉曼光谱、表面等离子体激子诱导激发瑞利散射光谱等光谱信号；所述第一条光激发臂与第二条表面等离子体共振吸收光谱信号及表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂对称地分布于表面等离子体共振耦合棱镜中心轴的两侧，可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，以实现光激发角度与反射的表面等离子体共振吸收光谱信号或表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测角度的调节；所述第三条与第四条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，从而可改变并优化光谱信号的检测角度。
本发明的原位集成多光谱测量系统中，各光谱信号检测臂可同时工作以实现多种光谱信号的同时检测，亦可单独工作或按时间顺序工作。
该原位集成多光谱测量系统中，其共轴的径向辐射臂数目不限，新增臂可作为不同种类的光谱信号检测臂以实现更多种类的光谱信号检测，也可作为相同种类的光谱信号检测臂以通过信号累加来增强信号。
该原位集成多光谱测量系统，其圆环形轨道的数目也可以扩展，以所述第一圆环形轨道为基准，其它的圆环形轨道的中心轴均经过所述第一圆环形轨道的中心轴和与其相匹配的光激发臂上激发光光轴的交点。在新扩展的圆环形轨道上可根据需要设置一条或多条径向辐射臂，每条臂均可绕其相应的圆环形轨道的中心轴沿圆环形轨道滑动，其上可固定光源及激发光聚焦单元作为光激发臂，也可固定表面等离子体共振吸收光谱信号或表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元作为表面等离子体共振吸收光谱信号或表面等离子体激子诱导激发光谱信号的检测臂，从而能够实现三维空间的光激发与各种光谱信号的收集。
在本发明中，所述光源可采用发光二极管、二极管激光器等体积小巧的光源，其可直接固定于光激发臂上，也可采用较大体积的激光器等光源，其可通过光纤耦合方式引入固定于光激发臂上的光纤连接头。
在本发明中，所述表面等离子体共振耦合元件由表面等离子体共振耦合棱镜和制备于其工作面的表面等离子体共振传感膜组成；所述表面等离子体共振耦合棱镜为半圆柱棱镜、半球棱镜等光学棱镜；所述表面等离子体共振传感膜可以直接制备于所述光学棱镜的工作面上，也可以制备于与光学棱镜相同材料的基片上，再经折射率匹配介质与表面等离子体共振耦合棱镜结合；传感膜的样品接触表面可以根据应用需要进行功能修饰。传感膜的材料为金、银等能够发生表面等离子体共振的材料。
表面等离子体共振耦合元件的传感膜上还可增加样品流通池，以方便对液体或气体样品进行检测；当对固体样品进行检测时，则无需设置样品流通池，将其直接置于传感膜表面即可。
在本发明中，所述激发光聚焦单元由光学准直与光学聚焦模块组成，主要包括透镜、针孔光阑等。
在本发明中，所述光谱信号检测单元由信号收集模块与光学检测器组成；所述信号收集模块主要包括透镜、显微物镜、滤光片等；所述光学检测器可以是体积小巧的光电二极管、光电池、光电倍增管等光电转换元件，其可直接固定于检测臂上，也可以是较大体积的光电转换器，其可通过固定于检测臂上的光纤连接头由光纤耦合方式引入光电转换器检测。
本发明的另一个目的在于提供一种利用上述原位集成多光谱测量系统测量待测样品的方法。
该方法包括下述步骤：1)表面等离子体共振调节，根据待测样品的光谱信号选择激发光入射角度；2)根据待测样品的性质，选择以多种光谱信号同时检测、或多种光谱信号按时间顺序依次检测，或选择单种光谱信号检测模式对样品进行光谱检测分析；3)调节并优化各种光谱信号的检测角度；4)利用权利要求1-8中任一项所述的原位集成多光谱测量系统对待测样品进行检测，获得表面等离子体共振吸收光谱信号和/或表面等离子体激子诱导激发光谱信号。
本发明的原位集成多光谱测量系统具有如下优点：
(1)采用表面等离子体共振耦合元件作为原位集成多光谱诱导激发单元，能够对传感膜表面纳米尺度范围内的样品进行低背景光谱信号分析；
(2)激发光的入射角度和表面等离子体共振吸收光谱信号的检测角度可联动或独立调节，能够有效提高光谱信号的激发效率；
(3)具有多条光谱信号收集通道，并且信号检测角度灵活可调，能够有效提高光谱信号的收集效率，进而提高检测灵敏度；
(4)根据待测样品的性质，可选择以多种光谱信号同时检测、多种光谱信号按时间顺序依次检测，或选择单种光谱信号检测模式对样品进行光谱检测分析；亦可实现多通道同时收集同种光谱信号后再累加，从而进一步提高信噪比与检测灵敏度；
(5)本发明可同时检测的光谱信号的数目不限，能够实现三维空间光激发与信号检测；
(6)本发明可实现同一样品同一区域同一时刻的多种光谱信号的检测分析，方便于简单或复杂样品的性质的高效分析与表征，以及界面上多物种的检测与监测。
附图说明
图1A为本发明的实施例1的总体结构示意图。
图1B为本发明的实施例1的第一条光激发臂的光路示意图。
图1C为本发明的实施例1的第二条表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂的光路示意图。
图1D为本发明的实施例1的第三条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂的光路示意图。
图1E为本发明的实施例1的第四条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂的光路示意图。
图2A为本发明的实施例2的总体结构示意图。
图2B为本发明的实施例2的第一条光激发臂的光路示意图。
图2C为本发明的实施例2的第二条表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂的光路示意图。
图2D为本发明的实施例2的第三条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂的光路示意图。
图2E为本发明的实施例2的第四条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂的光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的两个典型实施例，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1、原位集成多光谱测量系统
该实施例的原位集成多光谱测量系统的总体结构示意图如图1A所示。该原位集成多光谱测量系统位于一光学平板1上，包括光源及激发光聚焦单元2、作为原位集成多光谱诱导激发单元的表面等离子体共振耦合元件3、表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元4、两个表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5、6；所述原位集成多光谱测量系统还包括一圆环形轨道7，四条共轴的径向辐射臂8、9、10、11，每条臂均可绕圆环形轨道的中心轴沿圆环形轨道7滑动。所述表面等离子体共振耦合元件3由半球形K9玻璃棱镜12、制备于其上的厚度为50nm的金传感膜13组成；样品14位于金传感膜13上；表面等离子体共振耦合元件3位于圆环形轨道7的中心区域，其半球棱镜12的球心位于圆环形轨道的中心轴上。所述第一条径向辐射臂8为光激发臂，其上固定着光源及激发光聚焦单元2；所述第二条径向辐射臂9为表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂，其上固定着表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元4；所述第三条径向辐射臂10与第四条径向辐射臂11均为表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂，其上分别固定着相应的表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5、6。所述第一条光激发臂8与第二条表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂9对称地分布于半球棱镜12的中心轴15的两侧，由一维位移台16沿半球棱镜的中心轴15方向位移通过固定于其上的直角连杆17带动光激发臂8与表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂9绕圆环形轨道的中心轴沿轨道7进行相对或相反的“镊子式”联动滑动，实现光激发角度与反射的表面等离子体共振吸收光谱信号检测角度的联动调节；所述直角连杆17的两端18、19分别位于光激发臂8与表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂9的直线滑轨20、21内。所述第三条与第四条表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂10、11各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道7滑动，从而可改变并优化光谱信号的检测角度。
所述光源及激发光聚焦单元2的光路示意图如图1B所示。所述光源为一体积小巧的激光光源25，其输出光经窄带透射滤光片26、p偏振片27后由一光学透镜28经半球棱镜聚焦于半球棱镜与金传感膜的界面。所述表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元4的光路示意图如图1C所示。透过半球棱镜的反射光信号23经激光窄带滤光片29后由收集透镜30聚焦于光学检测器31，在本实施例中所述光学检测器31为一光电池。所述表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5的光路示意图如图1A、1D所示。样品散射或发射的光信号24由一显微物镜32收集后，经一陷波片33滤去激发光、由一光学透镜34聚焦耦合于光纤35，再由远端摄谱仪40进行光谱解析，获得样品的表面等离子体激子诱导激发拉曼光谱信号；所述光纤35与固定于径向辐射臂10上的光纤连接头连接。所述表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元6的光路示意图如图1E所示。样品散射或发射的光信号24由一光学透镜36收集后，经一激光窄带滤光片37、由一光学透镜38聚焦于光学检测器39，获得样品的表面等离子体激子诱导瑞利散射光谱信号。在本实施例中所述光学检测器39为一光电倍增管。
所述原位集成多光谱测量系统还包括一计算机41，用以控制一维位移台16及同步采集并存储表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元4、表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5、表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元6的光谱信号。
本发明所述的原位集成多光谱测量系统，表面等离子体激子诱导激发光谱信号的检测角度可调，可以选择最佳检测角度，获得最佳信噪比，提高检测灵敏度。
本发明所述的原位集成多光谱测量系统，各光谱信号检测臂可同时工作以实现多种光谱信号的同时检测，亦可单独工作或按时间顺序工作。
实施例2、原位集成多光谱测量系统
该实施例的原位集成多光谱测量系统的总体结构示意图如图2A所示。实施例二与实施例一的结构基本相同，只是所述第二条径向辐射臂为表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂，并且所有四条径向辐射臂的光输入或光输出均采用光纤耦合方式，通过固定于四条径向辐射臂上的光纤连接头与光纤连接，进行激发光输入或光谱信号光的输出。下面结合总体结构示意图2A及各单元的光路示意图2B、2C、2D、2E进行说明。
所述固定于第一条径向辐射臂8的光源及激发光聚焦单元2的光路示意图如图2A、2B所示。所述光源为一激光光源25，其输出光经光纤42输出，由一光学准直元件43准直，经窄带透射滤光片26、p偏振片27后，由一光学透镜28经半球棱镜12聚焦于半球棱镜12与金传感膜13的界面。所述第二条径向辐射臂9上固定的表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测单元4的光路示意图如图2A、2C所示。透过半球棱镜的反射光信号23由一光学透镜44准直后、经激光窄带透射滤光片45或长波通滤光片46由收集透镜47聚焦耦合于光纤48，经远端光电池检测器31或摄谱仪49，可分别进行表面等离子体共振吸收光谱信号检测或表面等离子体激子诱导激发拉曼或荧光光谱信号检测。所述表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5的光路示意图如图2A、2D所示。样品散射或发射的光信号24由一显微物镜32收集后，经一长波通滤光片50滤去激发光、由一光学透镜34聚焦耦合于光纤35，再由远端摄谱仪40进行光谱解析，获得样品的表面等离子体激子诱导激发拉曼或荧光光谱信号。所述表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元6的光路示意图如图2A、2E所示。样品散射或发射的光信号24由一光学透镜36收集后，经一激光窄带透射滤光片37、由一光学透镜38聚焦耦合于光纤51，由远端的光电倍增管39检测，获得样品的表面等离子体激子诱导激发瑞利散射光谱信号。上述表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测单元4、表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元5、表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元6的光电检测器31、49、40、39的输出信号由计算机41同步采集并存储。
当然，根据上述描述可以看出，本发明的实施例二由于采用光纤耦合进行光输入输出，对光源及光检测器的体积与重量没有限制。实施例(2)的表面等离子体激子诱导激发光谱信号的检测角度同样可调，可以选择最佳检测角度，获得最佳信噪比，提高检测灵敏度；各光谱信号检测臂同样可同时工作以实现多种光谱信号的同时检测，亦可单独工作或按时间顺序工作。
本发明所述的原位集成多光谱测量系统，表面等离子体共振耦合元件3的金传感膜上可以增加样品流通池，对液体或气体样品进行检测；传感膜的材料也可以是银等其它能够发生表面等离子体共振的材料；传感膜也可以制作在与表面等离子体共振耦合棱镜相同材料的基底上，通过折射率匹配介质与表面等离子体共振耦合棱镜结合；传感膜的样品接触表面可以根据应用需要进行功能修饰。
本发明所述的原位集成多光谱测量系统，其共轴的径向辐射臂数目不限，新增臂可作为不同种类的光谱信号检测臂以实现更多种类的光谱信号检测，也可作为相同种类的光谱信号检测臂以通过信号累加来增强信号；所述的原位集成多光谱测量系统，其圆环形轨道的数目也可以扩展，实现三维空间的光激发与各种光谱信号的收集。
Claims (9)
1.一种原位集成多光谱测量系统，主要包括原位集成多光谱诱导激发单元、至少一个光源及激发光聚焦单元、至少三个光谱信号检测单元；其特征在于：所述原位集成多光谱测量系统还包括至少一个圆环形轨道和与所述圆环形轨道相匹配的径向辐射臂，每条臂均可绕相应的圆环形轨道的中心轴沿圆环形轨道滑动，所述径向辐射臂的总条数至少为四条；
所述光源及激发光聚焦单元固定在同一条径向辐射臂上，该径向辐射臂定义为光激发臂；
所述至少三个光谱信号检测单元固定在其它径向辐射臂上，以用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号和表面等离子体激子诱导激发光谱信号；
所述圆环形轨道中至少一个圆环形轨道具有与其相匹配的至少两条径向辐射臂，其中一条径向辐射臂上固定有光源及激发光聚焦单元，另一条径向辐射臂上固定有用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号的光谱信号检测单元；该圆环形轨道定义为第一圆环形轨道；
所述原位集成多光谱诱导激发单元为一表面等离子体共振耦合元件，其位于所述第一圆环形轨道的中心区域；所述表面等离子体共振耦合元件由表面等离子体共振耦合棱镜和制备于其工作面的表面等离子体共振传感膜组成；所述表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线与所述第一圆环形轨道的中心轴重合。
2.根据权利要求1所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述原位集成多光谱测量系统包括一个圆环形轨道和与其相匹配的至少四条共轴的径向辐射臂；所述至少四条共轴的径向辐射臂中，第一条径向辐射臂为光激发臂，其上依次固定着光源及激发光聚焦单元；第二条径向辐射臂为表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂，其上固定着表面等离子体共振吸收光谱信号检测单元；第三条与第四条径向辐射臂均为表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂，其上固定着相应的表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元；
所述光激发臂与所述表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂对称地分布于所述表面等离子体共振耦合棱镜中心轴的两侧，可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道进行相对或相反的联动或独立滑动；所述第三条与第四条径向辐射臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动。
3.根据权利要求1所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述原位集成多光谱测量系统包括一个圆环形轨道和与其相匹配的至少四条共轴的径向辐射臂；所述至少四条共轴的径向辐射臂中，第一条径向辐射臂为光激发臂，其上依次固定着光源及激发光聚焦单元；第二条径向辐射臂为表面等离子体共振吸收光谱信号与表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂，其上固定着表面等离子体共振吸收光谱信号及表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测单元；第三条与第四条径向辐射臂均为表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂，其上固定着相应的表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测单元；
所述光激发臂与所述表面等离子体共振吸收光谱信号及表面等离子体激子诱导激发光谱信号的双功能检测臂对称地分布于表面等离子体共振耦合棱镜中心轴的两侧，可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动；所述第三条与第四条径向辐射臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动。
4.根据权利要求1所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述原位集成多光谱测量系统包括至少两个圆环形轨道；以所述第一圆环形轨道为基准，其它的圆环形轨道的中心轴均经过所述第一圆环形轨道的中心轴和与其相匹配的光激发臂上激发光光轴的交点。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述光源为小体积光源或大体积光源；所述小体积光源直接固定于所述光激发臂上，所述大体积光源通过光纤耦合方式引入固定于所述光激发臂上的光纤连接头。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述表面等离子体共振传感膜直接制备于所述光学棱镜的工作面上，或先制备于与光学棱镜相同材料的基片上，再经折射率匹配介质与所述光学棱镜结合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述激发光聚焦单元由光学准直与光学聚焦模块组成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的原位集成多光谱测量系统，其特征在于：所述光谱信号检测单元由信号收集模块与光学检测器组成；所述信号收集模块主要包括透镜、显微物镜、滤光片；所述光学检测器为小体积光电转换元件或大体积光电转换器，所述光电转换元件直接固定于所述检测臂上，所述光电转换器通过固定于检测臂上的光纤连接头由光纤耦合方式引入光电转换器。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的原位集成多光谱测量系统进行检测的方法，包括下述步骤：
1)表面等离子体共振调节，根据待测样品的光谱信号选择激发光入射角度；
2)根据待测样品的性质，选择以多种光谱信号同时检测、或多种光谱信号按时间顺序依次检测，或选择单种光谱信号检测模式对样品进行光谱检测分析；
3)调节并优化各种光谱信号的检测角度；
4)利用权利要求1-8中任一项所述的原位集成多光谱测量系统对待测样品进行检测，获得表面等离子体共振吸收光谱信号和/或表面等离子体激子诱导激发光谱信号。
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