CN104020153B - 一种拉曼光谱检测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拉曼光谱检测系统和检测方法，包括拉曼光谱检测头，其包括：遮光罩，包括狭缝和检测镜，狭缝用于令拉曼散射光出射至样品，并令信号光射入，检测镜用于出射信号光；遮光罩内还包括：激光线光源，用于发射线状激光；过滤滤光片，用于过滤瑞利散射光；分束滤光片，用于将拉曼散射光反射至扫描镜，并令信号光出射；扫描镜，用于获取均匀的线状拉曼散射光；拉曼光谱检测系统还包括：截止滤光片，用于进行截止滤光；镜头，用于收集信号光；长通滤光片，用于进行长通滤光；拉曼光谱仪，用于得到光信号；CCD，用于得到样品的拉曼散射信息；处理器，用于对样品进行分析。本发明能够获取样品的拉曼线光谱信息和图像信息。

Description

一种拉曼光谱检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种拉曼光谱检测系统和检测方法。

背景技术

拉曼散射是光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，拉曼光谱经常用来表征分子的结构特征，也被称为分子的“指纹谱”。拉曼光谱技术分析手段主要有傅里叶变换、高温、共振、表面增强、共焦显微、固体光声等技术。拉曼光谱在许多领域有着广泛的应用，尤其是其可以提供快速、简单、无损、可重复的定性定量分析技术，无需繁琐的前处理步骤，避免了对样品的破坏，实现了筛查速度的快速化。当然拉曼技术也存在一些不足，如谱峰易重叠，易受仪器参数等因素的影响，当测定具有荧光性的物质时，会产生荧光干扰，拉曼效应太弱，约为入射光强的10^-6倍。虽然纳米技术的快速发展为拉曼光谱检测提供了新的方向，但是借助于纳米技术来增强拉曼信号较弱的限制还有待于深入的研究。

在现有技术中，只能利用拉曼技术进行点光谱检测，由于拉曼信号比较微弱，且荧光背景信号比较强，因此虽然拉曼光谱对于物质的化学键识别具有很大的优势，但是往往由于检测限不能达到标准方法，即气相光谱及液相光谱测定的最低含量检测限，导致在定量分析上还存在明显的不足和劣势。并且，拉曼光谱的检测装置较为复杂，对光路要求较高，且不便于移动，对拉曼检测的实际应用造成了一定的阻碍。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种拉曼光谱检测系统和检测方法，以解决现有技术中拉曼技术只能进行点光谱检测的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种拉曼光谱检测系统，包括拉曼光谱检测头，所述拉曼光谱检测头包括：

遮光罩，所述遮光罩包括狭缝和检测镜，所述狭缝用于令拉曼散射光出射至样品，并令所述样品表面产生的信号光射入，所述检测镜用于出射所述信号光；

所述遮光罩内还包括：

激光线光源，用于发射线状激光；

过滤滤光片，用于过滤所述线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

分束滤光片，用于将经过所述过滤滤光片的拉曼散射光反射至扫描镜，并令扫描镜反射回的信号光通过所述检测镜出射；

扫描镜，所述扫描镜通过往复振动的方式反射经过所述分束滤光片反射的拉曼散射光，以获取均匀的线状拉曼散射光，使其通过所述狭缝出射至样品表面，并将经狭缝射入的样品表面产生的拉曼检测的信号光反射至所述分束滤光片；

所述拉曼光谱检测系统还包括：

截止滤光片，用于将通过所述拉曼光谱检测头中检测镜出射的信号光进行截止滤光；

镜头，用于收集经过截止滤光后的信号光；

长通滤光片，用于将镜头收集的信号光进行长通滤光；

拉曼光谱仪，用于接收经长通滤光后的信号光，得到光信号；

CCD，用于将所述光信号转换为电信号，得到样品的拉曼散射信息，并传送至处理器；

处理器，用于根据所述样品的拉曼散射信息对样品进行分析。

进一步地，所述激光线光源和所述过滤滤光片之间还包括：

准直透镜，用于将所述激光线光源发射的线状激光准直汇聚为均匀的平行光。

进一步地，所述激光线光源为：

785nm激光线光源，最大输出功率5w，最大输出1mm×20cm长的激光线。

进一步地，

所述激光线光源包括多个排成一排的激光点光源。

进一步地，

所述激光线光源中包括9个排成一排的激光点光源。

进一步地，

所述激光线光源、准直透镜、过滤滤光片和分束滤光片依次分布在一条直线上；

所述扫描镜、分束滤光片和检测镜依次分布在与所述直线垂直的另一条直线上；

所述扫描镜和分束滤光片相互平行，分别与这两条直线成45度夹角。

另一方面，本发明还提供一种拉曼光谱检测方法，利用如上任一项所述的拉曼光谱检测系统进行拉曼光谱检测，包括：

通过激光线光源发射线状激光；

利用过滤滤光片过滤所述线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

将过滤后的拉曼散射光利用分束滤光片反射至扫描镜；

利用扫描镜通过往复振动的方式反射所述拉曼散射光，得到均匀的线状拉曼散射光，将均匀的线状拉曼散射光通过遮光罩的狭缝出射至样品表面；

令均匀的线状拉曼散射光照射在样品表面产生的拉曼检测的信号光通过狭缝入射至扫描镜，利用扫描镜反射所述信号光经分束滤光片后通过遮光罩上的检测镜出射；

将通过所述检测镜出射的信号光进行截止滤光；

通过镜头收集经截止滤光后的信号光；

将镜头收集的信号光进行长通滤光；

利用拉曼光谱仪接收长通滤光后的信号光，得到光信号；

利用CCD将所述光信号转换为电信号，得到样品的拉曼散射信息；

利用处理器根据所述样品的拉曼散射信息进行分析。

(三)有益效果

可见，在本发明提供的拉曼光谱检测系统和检测方法中，将激光线光源、过滤滤光片、分束滤光片和扫描镜集成于拉曼光谱检测头的遮光罩中，能够对样品进行快速移动检测和信号采集。并且，本发明通过线状激光对样品进行检测，解决了现有的拉曼检测技术中只能进行点光谱检测的技术问题，具有很高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例拉曼光谱检测系统的基本结构示意图；

图2是本发明实施例拉曼光谱检测系统中拉曼光谱检测头的一个优选结构示意图；

图3是本发明实施例拉曼光谱检测方法的基本流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首先提供一种拉曼光谱检测系统，参见图1，包括：拉曼光谱检测头1，拉曼光谱检测头包括：遮光罩2，遮光罩2包括狭缝3和检测镜4，狭缝3用于令拉曼散射光出射至样品5，并令样品5表面产生的信号光射入，检测镜4用于出射信号光；

遮光罩2内还包括：

激光线光源6，用于发射线状激光；

过滤滤光片7，用于过滤线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

分束滤光片8，用于将经过过滤滤光片6的拉曼散射光反射至扫描镜9，并令扫描镜9反射回的信号光通过检测镜4出射；

扫描镜9，扫描镜9通过往复振动的方式反射经过分束滤光片8反射的拉曼散射光，以获取均匀的线状拉曼散射光，使其通过狭缝3出射至样品5表面，并将经狭缝3射入的样品5表面产生的拉曼检测的信号光反射至分束滤光片8。

另外，系统还包括：截止滤光片10，用于将通过检测镜4出射的信号光进行截止滤光；镜头11，用于收集经过截止滤光后的信号光；长通滤光片12，用于将镜头11收集的信号光进行长通滤光；拉曼光谱仪13，用于接收经长通滤光后的信号光，得到光信号；CCD14，用于将光信号转换为电信号，得到样品5的拉曼散射信息，并传送至处理器15；处理器15，用于根据样品5拉曼散射信息对样品5进行分析。

为了获得更加均匀的线状激光，优选地，激光线光源6和过滤滤光片7之间还可以包括：准直透镜16，见图2，用于将激光线光源6发射的线状激光准直汇聚为均匀的平行光。

优选地，激光线光源6可以为：785nm激光线光源，其最大输出功率为5w，激光输出1mm(MAX)×20cm长的激光线。

优选地，激光线光源6可以通过多个排成一排的激光点光源来激发汇聚成线光源，其中，激光点光源的个数可以为9个。

优选地，如图2所示，激光线光源6、准直透镜16、过滤滤光片7和分束滤光片8可以依次分布在一条直线上；而扫描镜9、分束滤光片8和检测镜4可以依次分布在与上述直线垂直的另一条直线上；其中扫描镜9和分束滤光片8相互平行，分别与这两条直线成45度夹角。并且，由于扫描镜9反射的拉曼散射光需要通过狭缝3出射到样品5上，样品5表面的信号光也需要通过狭缝3入射到扫描镜9上，因此，扫描镜9、狭缝3和样品5也依次分布在一条直线上，扫描镜9以与直线呈45度角为中心进行循环往复振动。

其中，本发明实施例中的拉曼光谱检测系统在检测样品时，可以将样品5置于二维平移样品台上，从而通过在二维方向移动样品5对其整个表面进行二维激光线扫描，以获取整个样品表面的图谱信息，得到更加全面精确的拉曼光谱检测数据。

本发明实施例还提供一种拉曼光谱检测方法，利用本发明实施例中任意一种拉曼光谱检测系统进行拉曼光谱检测，如图3，包括：

步骤301：通过激光线光源发射线状激光；

步骤302：利用过滤滤光片过滤所述线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

步骤303：将过滤后的拉曼散射光利用分束滤光片反射至扫描镜；

步骤304：利用扫描镜通过往复振动的方式反射所述拉曼散射光，得到均匀的线状拉曼散射光，将均匀的线状拉曼散射光通过遮光罩的狭缝出射至样品表面；

步骤305：令均匀的线状拉曼散射光照射在样品表面产生的拉曼检测的信号光通过狭缝入射至扫描镜，利用扫描镜反射所述信号光经分束滤光片后通过遮光罩上的检测镜出射；

步骤306：将通过所述检测镜出射的信号光进行截止滤光；

步骤307：通过镜头收集经截止滤光后的信号光；

步骤308：将镜头收集的信号光进行长通滤光；

步骤309：利用拉曼光谱仪接收长通滤光后的信号光，得到光信号；

步骤310：利用CCD将所述光信号转换为电信号，得到样品的拉曼散射信息；

步骤311：利用处理器根据所述样品的拉曼散射信息进行分析。

可见，本发明实施例至少具有如下有益效果：

在本发明实施例提供的拉曼光谱检测系统和检测方法中，将激光线光源、过滤滤光片、分束滤光片和扫描镜集成于拉曼光谱检测头的遮光罩中，能够对样品进行快速移动检测和信号采集。并且，本发明实施例通过线状激光对样品进行检测，解决了现有的拉曼检测技术中只能进行点光谱检测的技术问题，具有很高的应用价值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种拉曼光谱检测系统，其特征在于：包括拉曼光谱检测头，所述拉曼光谱检测头包括：

遮光罩，所述遮光罩包括狭缝和检测镜，所述狭缝用于令拉曼散射光出射至样品，并令所述样品表面产生的信号光射入，所述检测镜用于出射所述信号光；

所述遮光罩内还包括：

激光线光源，用于发射线状激光；

过滤滤光片，用于过滤所述线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

分束滤光片，用于将经过所述过滤滤光片的拉曼散射光反射至扫描镜，并令扫描镜反射回的信号光通过所述检测镜出射；

扫描镜，所述扫描镜通过往复振动的方式反射经过所述分束滤光片反射的拉曼散射光，以获取均匀的线状拉曼散射光，使其通过所述狭缝出射至样品表面，并将经狭缝射入的样品表面产生的拉曼检测的信号光反射至所述分束滤光片；

所述拉曼光谱检测系统还包括：

截止滤光片，用于将通过所述拉曼光谱检测头中检测镜出射的信号光进行截止滤光；

镜头，用于收集经过截止滤光后的信号光；

长通滤光片，用于将镜头收集的信号光进行长通滤光；

拉曼光谱仪，用于接收经长通滤光后的信号光，得到光信号；

CCD，用于将所述光信号转换为电信号，得到样品的拉曼散射信息，并传送至处理器；

处理器，用于根据所述样品的拉曼散射信息对样品进行分析。

2.根据权利要求1所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述激光线光源和所述过滤滤光片之间还包括：

准直透镜，用于将所述激光线光源发射的线状激光准直汇聚为均匀的平行光。

3.根据权利要求1所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于，所述激光线光源为：

785nm激光线光源，最大输出功率5w，最大输出1mm×20cm长的激光线。

4.根据权利要求1所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于：

所述激光线光源包括多个排成一排的激光点光源。

5.根据权利要求4所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于：

所述激光线光源中包括9个排成一排的激光点光源。

6.根据权利要求2所述的拉曼光谱检测系统，其特征在于：

所述激光线光源、准直透镜、过滤滤光片和分束滤光片依次分布在一条直线上；

所述扫描镜、分束滤光片和检测镜依次分布在与所述直线垂直的另一条直线上；

所述扫描镜和分束滤光片相互平行，分别与这两条直线成45度夹角。

7.一种拉曼光谱检测方法，其特征在于，利用如权利要求1至6中任一项所述的拉曼光谱检测系统进行拉曼光谱检测，包括：

通过激光线光源发射线状激光；

利用过滤滤光片过滤所述线状激光中的瑞利散射光，剩余拉曼散射光；

将过滤后的拉曼散射光利用分束滤光片反射至扫描镜；

利用扫描镜通过往复振动的方式反射所述拉曼散射光，得到均匀的线状拉曼散射光，将均匀的线状拉曼散射光通过遮光罩的狭缝出射至样品表面；

令均匀的线状拉曼散射光照射在样品表面产生的拉曼检测的信号光通过狭缝入射至扫描镜，利用扫描镜反射所述信号光经分束滤光片后通过遮光罩上的检测镜出射；

将通过所述检测镜出射的信号光进行截止滤光；

通过镜头收集经截止滤光后的信号光；

将镜头收集的信号光进行长通滤光；

利用拉曼光谱仪接收长通滤光后的信号光，得到光信号；

利用CCD将所述光信号转换为电信号，得到样品的拉曼散射信息；

利用处理器根据所述样品的拉曼散射信息进行分析。