CN102890077B - 双光程拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双光程拉曼光谱仪，包括拉曼光谱仪本体和检测头组件，检测头组件包括壳体和设置在壳体内的双光路组件，双光路组件至少包括沿激发光方向设置的一个凸透镜和一个凹面镜，凸透镜与凹面镜共焦，待检测样品位于凸透镜与凹面镜共焦点；本发明将激发过样品的激发光反射后再次激发样品，实现单光源双光程激发，在不改变现有拉曼光谱仪光源的前提下，增加激发光的利用效率，充分利用激发能量，使其适用于超痕量样品的检测，可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对超痕量样品给出定性定量结果，并得到期望的效果，具有较低的成本，适用于国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生等领域。
Description
技术领域
本发明涉及拉曼光谱技术，特别涉及提高激发光利用效率的双光程拉曼光谱仪。
背景技术
光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分，称之为拉曼效应；由于振动光谱是物质分子的指纹，依据拉曼效应制作的拉曼光谱仪可以用于准确定性鉴别样品。拉曼光谱的分析方法不需要对样品进行前处理，也没有样品的制备过程，避免了一些误差的产生，并且在分析过程中操作简便，测定时间短，灵敏度高，是一种可以对样品同时进行定性和定量的分析技术，具有极为广泛的应用前景。
现有技术的拉曼光谱仪，激发光射至样品后对样品激发，并采集样品反射光及分子振动产生的散射光，对光谱进行分析，得到含量及成分等定性、定量数据。
由于激发光只对样品激发一次，因而激发光的利用效率较低，激发能量利用不够充分，对于超痕量成分的分析检测达不到所期望的效果。
因此，需要一种拉曼光谱仪，在不改变现有拉曼光谱仪光源的前提下，增加激发光的利用效率，充分利用激发能量，使其适用于超痕量样品的检测，并得到期望的效果，适用于国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生等领域。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种双光程拉曼光谱仪，在不改变现有拉曼光谱仪光源的前提下，增加激发光的利用效率，充分利用激发能量，使其适用于超痕量样品的检测，并得到期望的效果，适用于国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生等领域。
本发明的双光程拉曼光谱仪，包括拉曼光谱仪本体和检测头组件，所述检测头组件包括壳体和设置在壳体内的双光路组件，双光路组件至少包括沿激发光方向设置的一个凸透镜和一个凹面镜，所述凸透镜与凹面镜共焦，待检测样品位于凸透镜与凹面镜共焦点。
进一步，所述壳体设有用于取放样品的取放口，取放口以可开合的方式设有用于遮光的密封盖；
进一步，所述密封盖以铰接的方式设置于壳体形成门形结构，密封盖的封盖尺寸大于取放口且与取放口的边缘径向外表面之间设有遮光垫；
进一步，所述壳体内设有用于放置待检测样品并使待检测样品位于凸透镜与凹面镜共焦点的托架或托盘，所述托架或托盘至少在凸透镜与凹面镜共焦点透光；
进一步，所述托架或托盘固定连接于密封盖可随密封盖开合而移出或放入；或者，所述托架或托盘固定设置于壳体内；
进一步，所述托盘或托架为平滑凹槽形托盘，平滑凹槽形托盘的开口向上且其底部最低点位于凸透镜与凹面镜共焦点；
进一步，所述平滑凹槽形托盘内表面为超疏水结构；
进一步，所述超疏水结构表面生长有用于表面增强的自组装纳米材料；
进一步，激发光内引入用于使待检测样品溶剂挥发的热光；
进一步，所述壳体内设有用于引入激发光并将拉曼信号光引出的二向色镜。
本发明的有益效果：本发明的双光程拉曼光谱仪，采用凸透镜与凹面镜相结合的结构，且待检测样品位于其共焦点，将激发过样品的激发光反射后再次激发样品，实现单光源双光程激发，同时，也能在聚焦透镜(凸透镜)有效接收立体角内收集到激光激发的样品前向散射的拉曼光谱，在不改变现有拉曼光谱仪光源的前提下，增加激发光的利用效率，充分利用激发能量，使其适用于超痕量样品的检测，可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对超痕量样品给出定性定量结果，并得到期望的效果，具有较低的成本，适用于国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生等领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的原理示意图；
图2为共焦点的样品处放大图；
图3为检测头组件纵向截面图；
图4为图3沿A向截面图；
图5为图4B处放大图。
具体实施方式
图1为本发明的原理示意图，图2为共焦点的样品处放大图，图3为检测头组件纵向截面图，图4为图3沿A向截面图，图5为图4B处放大图，如图所示：本实施例的双光程拉曼光谱仪，包括拉曼光谱仪本体6和检测头组件，所述检测头组件包括壳体12和设置在壳体12内的双光路组件，双光路组件至少包括沿激发光方向设置的一个凸透镜1和一个凹面镜2，当然凸透镜1可以是几个，并不影响本发明目的的实现；所述凸透镜1与凹面镜2共焦，待检测样品9位于凸透镜1与凹面镜2共焦点，光源7发射的激发光入射后经过凸透镜1聚光后对待检测样品9进行激发，通过凹面镜2反射聚焦后再次对待检测样品9进行激发，实现激发光的二次利用，同时增强待测样品9内成分的拉曼效应的信号光强。
本实施例中，所述壳体12设有用于取放样品的取放口12a，取放口12a以可开合的方式设有用于遮光的密封盖15；方便样品的放入，使用方便简单。
本实施例中，所述密封盖15以铰接的方式设置于壳体12形成门形结构，如图所示，密封盖15一侧端部铰接于壳体12，灵一侧端部通过卡扣14扣接，形成遮光密封；密封盖15的封盖尺寸大于取放口12a且与取放口12a的边缘径向外表面之间设有遮光垫16，如图所示，遮光垫16可采用橡胶等柔性材料；结构简单，操作容易，并且易于定位，且通过遮光垫与外界遮光隔绝，利于检测结果的的精确性。
本实施例中，所述壳体12内设有用于放置待检测样品9并使待检测样品9位于凸透镜1与凹面镜2共焦点的托架或托盘，所述托架或托盘至少在凸透镜1与凹面镜2共焦点透光；本实施例中，可使托架或托盘整体透明，以减小对激发光的干扰。
本实施例中，所述托架或托盘固定连接于密封盖15可随密封盖15开合而移出或放入，如图所示，托架或托盘通过连接架13固定连接于密封盖15；方便样品的取出和放入，操作简单，同时，利用密封盖15的方位实现托盘或托架的固定定位，将待检测样品9放置于共焦处实现双光程激发；
或者，所述托架或托盘固定设置于壳体内；具有较稳定的定位效果，并且不会随着设备的长周期使用而影响定位精度。
本实施例中，所述托盘或托架为平滑凹槽形托盘3，平滑凹槽形托盘3的开口向上且其底部最低点位于凸透镜1与凹面镜2共焦点，本实施例采用半球形结构托盘，类似于碗形；将被检测样品9置于平滑凹槽形托盘后利用重力作用直接位于底部最低点，具有自动定位的效果，提高工作效率。
本实施例中，所述平滑凹槽形托盘3内表面为超疏水结构，可以是直接表面处理形成还可以是增加超疏水膜；采用超疏水结构，使水溶液类样品形成近似球状，增大暴露于空气中的表面积，不但使溶剂易于挥发，实现提纯；并且较为集中的位于底部，样品中的成分集中，利于提高对痕量和超痕量成分的检测精确度。
本实施例中，所述超疏水结构表面生长有用于表面增强的自组装纳米材料10，如本实施例中，自组装有金、银、铜纳米材料等能产生表面增强拉曼散射(SERS)的金属，均位于超疏水膜以Ag的增强效应为最佳；最外层的自组装纳米材料层外表面还可修饰有用于分离富集及识别样品自组装分子膜；制作时，使其兼有分离富集和内参比功能，形成配套高灵敏度和高可靠性的SERS基底。
本实施例中，光源7发射的激发光内引入用于使待检测样品9溶剂挥发的热光，热光即能加热使水溶剂蒸发的光；本实施例中采用红外光作为热光，利用红外光使待检测样品挥发从而使成分提高相对含量，利于检测的进行并使结果精确。
本实施例中，所述壳体12内设有用于引入激发光并将拉曼信号光引出的二向色镜4，简化结构，进一步利于携带；如图所示二向色镜4反射的拉曼光信号通过一个凸透镜5进入拉曼光谱仪本体，进行光谱分析；如图所示，位于二向色镜4和凸透镜5之间设有陷波滤波器，其目的是消除激发光源对拉曼信号的影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种双光程拉曼光谱仪，其特征在于：包括拉曼光谱仪本体和检测头组件，所述检测头组件包括壳体和设置在壳体内的双光路组件，双光路组件至少包括沿激发光方向设置的一个凸透镜和一个凹面镜，所述凸透镜与凹面镜共焦，待检测样品位于凸透镜与凹面镜共焦点；所述壳体内设有用于放置待检测样品并使待检测样品位于凸透镜与凹面镜共焦点的托架或托盘，所述托架或托盘至少在凸透镜与凹面镜共焦点透光。
2.根据权利要求1所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述壳体设有用于取放样品的取放口，取放口以可开合的方式设有用于遮光的密封盖。
3.根据权利要求2所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述密封盖以铰接的方式设置于壳体形成门形结构，密封盖的封盖尺寸大于取放口且与取放口的边缘径向外表面之间设有遮光垫。
4.根据权利要求3所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述托架或托盘固定连接于密封盖可随密封盖开合而移出或放入；或者，所述托架或托盘固定设置于壳体内。
5.根据权利要求4所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述托盘或托架为平滑凹槽形托盘，平滑凹槽形托盘的开口向上且其底部最低点位于凸透镜与凹面镜共焦点。
6.根据权利要求5所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述平滑凹槽形托盘内表面为超疏水结构。
7.根据权利要求6所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述超疏水结构表面生长有用于表面增强的自组装纳米材料。
8.根据权利要求7所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：激发光内引入用于使待检测样品溶剂挥发的热光。
9.根据权利要求8所述的双光程拉曼光谱仪，其特征在于：所述壳体内设有用于引入激发光并将拉曼信号光引出的二向色镜。
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