CN108152265B - 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 - Google Patents
拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108152265B CN108152265B CN201711442673.2A CN201711442673A CN108152265B CN 108152265 B CN108152265 B CN 108152265B CN 201711442673 A CN201711442673 A CN 201711442673A CN 108152265 B CN108152265 B CN 108152265B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- parameter
- excitation light
- optical signal
- raman
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 101
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 86
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 73
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008542 thermal sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
- G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
- G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N2021/653—Coherent methods [CARS]
- G01N2021/655—Stimulated Raman
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/061—Sources
- G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明提供了拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法。该方法包括：由激发光光源发射激发光并将该激发光引导至样品；收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；确定所述光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分的第一部分和表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分；计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数和表示光谱强度的波动的第二参数；比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数；以及基于比较结果确定所述样品是否为深色物质。
Description
技术领域
本发明的实施例一般地涉及拉曼光谱检测领域，尤其涉及拉曼光谱检测设备和监控拉曼光谱检测设备的检测安全性的方法。
背景技术
拉曼光谱分析技术是一种以拉曼散射效应为基础的非接触式光谱分析技术，它能对物质的成分进行定性、定量分析。拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱检测通过检测待测物对于激发光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。拉曼光谱检测方法已经广泛应用于液体安检、珠宝检测、爆炸物检测、毒品检测、药品检测等领域。
在拉曼光谱分析技术的应用领域，由于被检物千差万别，各种物质的物理特性会有不同，他们对于用于拉曼光谱分析技术的激光照射的热敏感性会有不同。由于拉曼光谱需要用高功率密度的激光作为激发光源，比如近红外的785nm激光有较强的热效应，在样品未知的情况下，贸然检测很可能会导致样品被激光烧蚀损伤，甚至有可能导致激光引燃或引爆一些易燃易爆化学品，造成人身财产的损失。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种，提出了本发明。
根据本发明的一个方面，提出了一种监控拉曼光谱检测设备的检测安全性的方法，包括下述步骤：
由激发光光源发射激发光并将该激发光引导至样品；
收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；
确定所述光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分的第一部分和表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分；
计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数和表示光谱强度的波动的第二参数；
比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数；以及
基于比较结果确定所述样品是否为深色物质。
在一个实施例中，基于比较结果确定所述样品是否为深色物质的步骤包括：
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数大于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是深色物质；以及
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的均值且所述第一部分的第二参数小于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是透明液体。
在一个实施例中，所述第一参数包括光谱强度的均值，所述第二参数包括光谱强度的标准差。
在一个实施例中，采用下述公式计算均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据，n 表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量。
在一个实施例中，所述第一部分表示拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的光谱数据，所述第二部分表示拉曼位移在 350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的光谱数据。
在一个实施例中，该方法还包括：在确定所述样品为深色物质时，停止激发光向样品的照射。
在一个实施例中，由激发光光源在预设时长内发射激发光以照射样品。
在一个实施例中，拉曼光谱检测设备包括用于检测所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号以生成被检测的样品的拉曼光谱的光谱仪，并且收集所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据的步骤包括：采用所述光谱仪收集所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号并产生所述光谱数据。
在一个实施例中，来自所述样品的所述光信号中的激发光成分包括瑞利散射成分。
根据本发明的另一方面，提供了一种拉曼光谱检测设备，包括：
光谱仪，被配置成收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；和
数据处理器，该数据处理器被配置成：
接收来自光谱仪的光谱数据，并确定光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分的第一部分和表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分；
计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数和表示光谱强度的波动的第二参数；
比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数；以及
基于比较结果确定所述样品是否为深色物质。
在一个实施例中，数据处理器被配置成：
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数大于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是深色物质；以及
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数小于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是透明液体。
在一个实施例中，所述第一参数包括光谱强度的均值，所述第二参数包括光谱强度的标准差。
在一个实施例中，数据处理器被配置成采用下述公式计算均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据，n 表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量。
在一个实施例中，数据处理器被配置成：将所述光谱数据中对应于拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的部分确定为所述第一部分，并将所述光谱数据中对应于拉曼位移在350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的部分确定为所述第二部分。
在一个实施例中，拉曼光谱检测设备还包括：激发光光源，用于发射所述激发光；和控制器，该控制器被配置成在数据处理器确定所述样品为深色物质时控制激发光光源以停止激发光向样品的照射。
在一个实施例中，激发光光源被配置成在预设时长内发射所述激发光照射样品，并且光谱仪被配置成收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生用于由数据处理器确定所述样品是否为深色物质的光谱数据。
在一个实施例中，所述预设时长在0.5毫秒至5毫秒的范围内。
在一个实施例中，来自所述样品的所述光信号中的激发光成分包括瑞利散射成分。
通过下文中参照附图对本发明所作的详细描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
通过参考附图能够更加清楚地理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为示出根据本发明的一个示例性实施例的拉曼光谱检测设备的布置的示意图；
图2为示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的监控拉曼光谱检测设备的检测安全性的方法的流程图；以及
图3为示出根据本发明的一个示例性实施例的对获得的光谱数据的划分的示意图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开内容的实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的拉曼光谱检测设备的布置。如图所示，拉曼光谱检测设备100包括：激发光光源10，用于发射激发光11；光学装置或组件20，用于将激发光11 引导至样品1和收集来自样品1的光信号；光谱仪30，用于接收由光学装置或组件20收集的光信号，以生成样品1在激发光的照射下产生的光谱，所述光谱包括样品的拉曼光谱和荧光光谱，也包括未被滤除掉的被样品散射或反射的激发光的光谱(主要包括瑞利散射光)。作为示例，由光谱仪生成的样品的拉曼光谱可以与已知物质的拉曼光谱进行比较以确定样品的成分。这种比较可以例如通过计算机或处理器来完成。激发光光源的典型示例为激光器，但本领域技术人员可以理解，根据需要，在拉曼检测中也可以采用其他种类的激发光光源，本发明对此不做具体限定。
在拉曼检测过程中，产生安全问题往往是由于在激光照射样品期间样品吸热导致温度上升，进而有可能导致对被测样品的烧蚀，甚至产生引燃、引爆等现象，而深色物质，尤其是不透明物质或黑色物质，在拉曼检测中出现由于过强的激光功率密度导致的降解、灼伤、引燃甚至爆炸的可能性增加。可以理解，本文中的表述“深色物质”指的是在拉曼检测过程中在激发光的照射下吸热而容易产生烧蚀、燃烧、爆炸等现象的物质，其可以是灰度在0～50的范围内，优选在0～30 的范围内的物质。当然，具体的深色物质也可以由本领域技术人员根据实际应用、具体检测条件、历史经验等来确定。
在本发明的实施例中，如图1所示，拉曼光谱检测设备还包括或设置有数据处理器50，数据处理器50接收来自光谱仪的光谱数据，并对光谱数据进行处理，以确定样品1是否为深色物质(包括但不限于，不透明物质或黑色物质)。对样品是否为深色物质的确定可以在正式检测样品之前进行，可以采用激发光对样品进行预定时长(比正式或常规的拉曼检测的时间短)的照射，以由光谱仪获取样品在激发光的照射下产生的光信号的光谱数据，从而能够在正式检测样品之前基于该光谱数据确定样品的类型，如深色物质或透明物质。在一个示例中，在预先确定样品的类型时，每次激发光的照射时间可以比较短，例如0.5毫秒至5毫秒，这可以防止激发光能量过大而与某些待测样品反应剧烈造成危险，避免过长的激光照射损坏样品，相应地，光谱仪可以在该预设时长内，例如在5ms内，采集来自样品的光信号。
激发光光源10发出的激发光在到达待测样品1时，会在样品1 上发生反射和散射，这其中包括在样品1的表面上发生的漫反射，以及在样品1中发生的瑞利散射和拉曼散射，当然还有样品被激发出的荧光。在实际操作中，光谱仪接收到的激发光波段的光强和拉曼散射波段的光强也是在一个量级上的，因为激发光光源发出的激发光的光强原本就比拉曼散射强很多，而光谱仪接收到的激发光波段中，背向瑞利散射的光强又比漫反射发出的光强大很多。
在本发明的一些实施例中，数据处理器50可以基于对光谱数据中的来自样品的激发光成分(主要包括瑞利散射成分)和拉曼散射成分的处理和分析，确定样品1是否为深色物质(如不透明物质或黑色物质)，深色物质对光的吸收较强，因此发生的瑞利散射较弱，而瑞利散射光谱与拉曼散射光谱具有不同的波长范围。图3为示出根据本发明的一个示例性实施例的对光谱仪获得的光谱数据的划分的示意图，图3的横向从左至右的方向为拉曼位移由小变大的方向，其可以对应于光谱图中的横坐标，而光谱图中的纵坐标可以表示光谱或谱线强度。其中，拉曼位移＝(1/λ0-1/λ)*107，其中，λ0为激发光的波长，λ为拉曼光的波长，波长的单位用nm，拉曼位移的单位为cm-1。如图 3所示，数据处理器50可以确定或标定所获得的光谱数据中表示样品1在激发光11的照射下产生的光信号中的激发光波段(主要包括瑞利散射成分)的第一部分P1以及表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分P2，通过对表示激发光波段的第一部分P1 与表示拉曼散射成分和荧光成分的第二部分P2进行分析、比较，确定样品1在激发光的照射下发生的瑞利散射的强度，以此判断样品是否为深色物质。
在一个示例中，数据处理器50被配置成将所获得的光谱数据中对应于拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的部分确定为第一部分P1，以表示激发光波段，并将该光谱数据中对应于拉曼位移在350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的部分确定为第二部分P2，以表示拉曼散射成分和荧光成分。理论上来说，激发光波长就是拉曼位移等于0的波长，但是由于并没有严格意义上的单色光源，即便是激光也是有一个很窄的波段的，而拉曼位移公式中的λ0只能选择一个确定的数值，因此拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的部分都属于激发光波段。
在一个示例中，数据处理器50可以计算第一部分P1和第二部分P2各自的表示光谱强度的幅值的第一参数(如，光谱强度的均值) 和表示光谱强度的波动或变化的第二参数(如，标准差、方差等)，比较第一部分P1和第二部分P2的第一参数，并比较第一部分P1和第二部分P2的第二参数，并基于比较结果确定样品是否为深色物质。
示例性地，在表示样品1在激发光11的照射下产生的光信号中的激发光成分(主要包括瑞利散射成分)的第一部分P1的第一参数小于表示拉曼散射成分和荧光成分的第二部分P2的第一参数时，表明样品被照射位置处发生的瑞利散射较弱，待测样品可能是深色物质或透明液体，因为深色物质对激发光的吸收多，透明液体则直接让激发光透过；进一步地，如果第一部分P1的第二参数大于第二部分P2 的第二参数，表明第二部分P2的光谱数据的强度波动较小，与之对应的光信号中不存在明显的光谱峰，则可以判定样品为深色物质(说明性地，本申请的发明人发现，在样品已知的情况下测得的数据表明，在激发光的较短照射时间的照射下，深色物质起初被激发出的绝大多数是光谱强度平缓或波动不大的荧光，但透明液体此时却已经能够很快地发射出较强的拉曼散射光，其会产生明显的光谱峰)，即可停止使用拉曼设备对此样品进行测量，反之，则可能为透明液体。
在一个示例性实施例中，数据处理器50被配置成采用下述公式计算均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据(第i 个采样点的强度，如谱线强度)，n表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量(采样点个数，如谱线个数)。
示例性地，以u1、u2分别表示第一部分P1和第二部分P2的均值，以σ1、σ2分别表示第一部分P1和第二部分P2的标准差，可采用两个步骤来判断。第一步，判断第一部分P1的均值与第二部分P2的均值之间的大小。当u1＜u2时，如在0cm-1附近或在-10cm-1～10cm-1范围内光谱数据较弱，表明样品发生较弱瑞利散射，则样品可能为深色物质或透明液体，反之，则为其他物质。
在第一步判断出待测样品是深色物质或透明液体之后，进行第二步，判断第一部分P1的标准差与第二部分P2的标准差之间的大小，不限于标准差，也可以是方差等表征参数波动的量。当σ1＞σ2时，表明第二部分P2的光谱数据比第一部分P1的光谱数据波动小，如光谱数据在350cm-1～2000cm-1的范围内比0cm-1附近或在-10cm-1～10cm-1范围内波动小，可以判断样品为深色物质，反之，则判定样品为透明液体。
在确定样品是深色物质时，由于深色物质在激光的照射下产生降解、灼伤、引燃甚至爆炸的可能性大，因此需要采取相应的措施来保证检测安全性。示例性地，拉曼光谱检测设备100还可以包括控制器 60，其在数据处理器50确定样品1为深色物质时向激发光光源10发送控制信号，以减小激发光光源的功率，或关断激发光光源以停止激发光向样品1的照射，停止拉曼光谱检测设备对该样品的检测。
在一些实施例中，如图1所示，光学装置或组件20可以建立或形成光路21，用于收集来自样品1的光信号，包括拉曼光成分、荧光成分和激发光成分。
在一示例中，如图1所示的示例性的拉曼光谱检测设备100在光路21中可以设置有分光镜25，其用于将来自于激发光光源10的激发光11向样品1反射并使来自样品1的光信号的至少一部分透射通过该分光镜25以射向光谱仪30。在光路21中还可以设置有会聚透镜24，其用于将激发光11会聚到样品1并收集来自样品1的光信号。
本发明的实施例还提供了一种监控拉曼光谱检测设备检测样品的安全性的方法。参见图1-3，该方法可以包括下述步骤：
S1：开启拉曼光谱检测设备，以由激发光光源10在预设时长内发射激发光并将该激发光11引导至样品1；该预设时长比正式的或常规的拉曼检测的时间短，例如为0.5毫秒至5毫秒，这可以防止激发光能量过大而与某些待测样品反应剧烈造成危险，避免过长时间的激光照射损坏样品；
S2：收集样品1在激发光11的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；在一个示例中，可以在该预设时长内，例如在5ms内，采集来自样品的光信号；
S3：确定所述光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分(主要包括瑞利散射成分)的第一部分P1和表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分P2，并计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数(如，光谱强度的均值) 和表示光谱强度的波动或变化的第二参数(如，标准差、方差等)；以及
S4：比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数，基于比较结果确定所述样品是否为深色物质。
在一些示例中，如前所述，该方法还可以包括步骤：
S5：在确定所述样品不是深色物质时，由激发光继续照射样品，并由拉曼光谱检测设备继续采集样品的拉曼光谱，以对样品进行检测；以及
S6：在确定样品是深色物质时，停止检测。
在一些实施例中，如上文所述，步骤S4可以包括：
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数大于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是深色物质；以及
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数小于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是透明液体。
示例性地，可以采用下述公式计算光谱数据的均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据(第i 个采样点的光谱强度，如谱线强度)，n表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量(采样点个数，如谱线个数)。
在一个实施例中，可以将所获得的光谱数据中对应于拉曼位移在 -10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的部分确定为第一部分P1，以表示来自样品的激发光成分(主要包括瑞利散射成分)，将该光谱数据中对应于拉曼位移在350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的部分确定为第二部分P2，以表示来自样品的拉曼散射成分和荧光成分。
在本发明的实施例中，通过对将被拉曼光谱检测设备检测的样品在激发光照射下产生的光信号进行采集并获取相应的光谱数据，对该光谱数据进行处理、分析，对光谱强度及其波动进行比较，例如计算光谱数据的均值、标准差、二者比较等，以基于来自样品的光信号中的拉曼散射成分、荧光成分以及激发光成分(主要包括瑞利散射成分)，实现对样品的物质类型的基本判定，避免由于过强的激光功率密度导致的被测样品的降解、灼伤、引燃甚至爆炸，确保拉曼光谱仪使用过程中的样品安全以及使用者的安全。
在上文描述中，参照操作的动作和符号表示(例如，成流程图的形式)来描述说明性实施例，所述操作可以被执行为程序模块或功能过程，所述程序模块或功能过程包括程序、编程、对象、构件、数据结构等，并且执行特定任务或执行特定的抽象数据类型并且可以使用现有硬件以被执行。这些现有硬件可以包括一个或多个中央处理器 (CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列 (FPGA)等。
在本文中，除非以其他方式具体地规定，或如从讨论所显而易见的，诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”等术语指操作或步骤被表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理电子量的数据并且将其转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它的这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的计算机系统或类似的电子计算装置的作用和过程。
以上参照操作或步骤的动作和符号表示(例如，成流程图的形式) 来描述说明性实施例，所述操作或步骤可以被执行为程序模块或功能过程，所述程序模块或功能过程包括程序、编程、对象、构件、数据结构等，并且执行特定任务或执行特定的抽象数据类型并且可以使用现有硬件以被执行。
本技术领域技术人员可以理解，本公开包括涉及用于执行本申请中所述方法、步骤、操作或模块的功能中的一项或多项的装置。这些装置可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知装置。这些装置具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在装置 (例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM (Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory)、EPROM(ErasableProgrammable Read-Only Memory)、EEPROM (Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由装置(例如，计算机) 以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (16)
1.一种监控拉曼光谱检测设备的检测安全性的方法，包括下述步骤：
由激发光光源发射激发光并将该激发光引导至样品；
收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据；
确定所述光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分的第一部分以及表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分；
计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数和表示光谱强度的波动的第二参数；
比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数；以及
基于比较结果确定所述样品是否为深色物质，
其中基于比较结果确定所述样品是否为深色物质的步骤包括：
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数大于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是深色物质；以及
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的均值且所述第一部分的第二参数小于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是透明液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一参数包括光谱强度的均值，所述第二参数包括光谱强度的标准差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中采用下述公式计算均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据，n表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量。
4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其中所述第一部分表示拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的光谱数据，所述第二部分表示拉曼位移在350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的光谱数据。
5.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，还包括：
在确定所述样品为深色物质时，停止激发光向样品的照射。
6.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其中
由激发光光源在预设时长内发射激发光以照射样品。
7.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其中，拉曼光谱检测设备包括用于检测所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号以生成被检测的样品的拉曼光谱的光谱仪，并且收集所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据的步骤包括：
采用所述光谱仪收集所述样品在所述激发光的照射下产生的光信号并产生所述光谱数据。
8.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其中来自所述样品的所述光信号中的激发光成分包括瑞利散射成分。
9.一种拉曼光谱检测设备，包括：
光谱仪，被配置成收集样品在激发光的预设时长的照射下产生的光信号并产生表示所述光信号的光谱数据，所述预设时长比对样品的正式拉曼检测的时间短；和
数据处理器，该数据处理器被配置成：
接收来自光谱仪的光谱数据，并确定光谱数据中表示所述光信号中的激发光成分的第一部分和表示所述光信号中的拉曼散射成分和荧光成分的第二部分；
计算所述第一部分和所述第二部分中的每一个的表示光谱强度的幅值的第一参数和表示光谱强度的波动的第二参数；
比较所述第一部分和所述第二部分的第一参数，并比较所述第一部分和所述第二部分的第二参数；以及
基于比较结果确定所述样品是否为深色物质，
其中数据处理器进一步被配置成：
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数大于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是深色物质；以及
在所述第一部分的第一参数小于所述第二部分的第一参数且所述第一部分的第二参数小于所述第二部分的第二参数时，确定所述样品是透明液体。
10.根据权利要求9所述的拉曼光谱检测设备，其中所述第一参数包括光谱强度的均值，所述第二参数包括光谱强度的标准差。
11.根据权利要求10所述的拉曼光谱检测设备，其中数据处理器被配置成采用下述公式计算均值和标准差：
其中，u表示均值，σ表示标准差，Xi表示第i个光谱数据，n表示所述第一部分或所述第二部分的光谱数据的数量。
12.根据权利要求9、10和11中任一项所述的拉曼光谱检测设备，其中数据处理器被配置成：
将所述光谱数据中对应于拉曼位移在-10cm-1～10cm-1的范围内的光信号的部分确定为所述第一部分，并将所述光谱数据中对应于拉曼位移在350cm-1～2000cm-1的范围内的光信号的部分确定为所述第二部分。
13.根据权利要求9、10和11中任一项所述的拉曼光谱检测设备，还包括：
激发光光源，用于发射所述激发光；和
控制器，该控制器被配置成在数据处理器确定所述样品为深色物质时控制激发光光源以停止激发光向样品的照射。
14.根据权利要求13所述的拉曼光谱检测设备，其中激发光光源被配置成在所述预设时长内发射所述激发光照射样品，并且光谱仪被配置成收集样品在激发光的照射下产生的光信号并产生用于由数据处理器确定所述样品是否为深色物质的光谱数据。
15.根据权利要求14所述的拉曼光谱检测设备，其中
所述预设时长在0.5毫秒至5毫秒的范围内。
16.根据权利要求9、10、11、14和15中任一项所述的拉曼光谱检测设备，其中来自所述样品的所述光信号中的激发光成分包括瑞利散射成分。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711442673.2A CN108152265B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
| PCT/CN2018/122068 WO2019128801A1 (zh) | 2017-12-26 | 2018-12-19 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
| EP18818972.4A EP3745116A1 (en) | 2017-12-26 | 2018-12-19 | Raman spectroscopic detection device and method for monitoring detection security thereof |
| US16/313,392 US20210270743A1 (en) | 2017-12-26 | 2018-12-19 | Raman spectrum detection apparatus and method of monitoring detection security of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711442673.2A CN108152265B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108152265A CN108152265A (zh) | 2018-06-12 |
| CN108152265B true CN108152265B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=62463373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711442673.2A Active CN108152265B (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210270743A1 (zh) |
| EP (1) | EP3745116A1 (zh) |
| CN (1) | CN108152265B (zh) |
| WO (1) | WO2019128801A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108152265B (zh) * | 2017-12-26 | 2023-12-19 | 同方威视技术股份有限公司 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998023941A2 (de) * | 1996-11-27 | 1998-06-04 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin | Verfahren und anordnung zum bestimmen vorgegebener eigenschaften von zielpartikeln eines probenmediums |
| CN105223185A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-01-06 | 福建省计量科学研究院 | 一种拉曼光谱快速检测仪的评价方法 |
| CN106770181A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 天津大学 | 一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪 |
| CN106918587A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-07-04 | 天津大学 | 一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050052956A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-03-10 | Hitachi Maxell, Ltd. | Method for determining reproducing light beam intensity and recording and reproducing apparatus |
| US7982869B2 (en) * | 2006-10-24 | 2011-07-19 | Pd-Ld Inc. | Compact, low cost Raman monitor for single substances |
| US9400271B2 (en) * | 2013-12-18 | 2016-07-26 | Thermo Scientific Portable Analytical Instruments Inc. | Method and apparatus for temperature control during sample analysis |
| US20170241863A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-24 | Corning Incorporated | Measurement of thermal expansion of glasses |
| CN106770176A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-31 | 同方威视技术股份有限公司 | 拉曼光谱检测设备和拉曼光谱检测设备的安全监控方法 |
| CN206479455U (zh) * | 2016-12-26 | 2017-09-08 | 同方威视技术股份有限公司 | 拉曼光谱检测设备 |
| CN207923718U (zh) * | 2017-12-26 | 2018-09-28 | 同方威视技术股份有限公司 | 拉曼光谱检测设备 |
| CN108152265B (zh) * | 2017-12-26 | 2023-12-19 | 同方威视技术股份有限公司 | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 |
-
2017
- 2017-12-26 CN CN201711442673.2A patent/CN108152265B/zh active Active
-
2018
- 2018-12-19 EP EP18818972.4A patent/EP3745116A1/en not_active Withdrawn
- 2018-12-19 US US16/313,392 patent/US20210270743A1/en not_active Abandoned
- 2018-12-19 WO PCT/CN2018/122068 patent/WO2019128801A1/zh unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998023941A2 (de) * | 1996-11-27 | 1998-06-04 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin | Verfahren und anordnung zum bestimmen vorgegebener eigenschaften von zielpartikeln eines probenmediums |
| CN105223185A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-01-06 | 福建省计量科学研究院 | 一种拉曼光谱快速检测仪的评价方法 |
| CN106770181A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-05-31 | 天津大学 | 一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪 |
| CN106918587A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-07-04 | 天津大学 | 一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3745116A1 (en) | 2020-12-02 |
| CN108152265A (zh) | 2018-06-12 |
| WO2019128801A1 (zh) | 2019-07-04 |
| US20210270743A1 (en) | 2021-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207923718U (zh) | 拉曼光谱检测设备 | |
| CN106770168B (zh) | 基于拉曼光谱的物品检查设备及方法 | |
| US8080796B1 (en) | Standoff spectroscopy using a conditioned target | |
| US20150241340A1 (en) | Measurement apparatus and measurement method | |
| JPH0915156A (ja) | 分光測定方法及び測定装置 | |
| CN106442401B (zh) | 一种结合拉曼光谱和近红外光谱的探测装置及探测方法 | |
| CN107991287B (zh) | 基于图像灰度识别的拉曼光谱检测设备及方法 | |
| WO2019127960A1 (zh) | 太赫兹检测方法 | |
| CN107907527B (zh) | 基于反射光功率和图像识别的拉曼光谱检测设备及方法 | |
| JP2017500568A (ja) | ラマン分光法による爆発性材料の検出 | |
| Basri et al. | FT-NIR, MicroNIR and LED-MicroNIR for detection of adulteration in palm oil via PLS and LDA | |
| CN111562252A (zh) | 一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测系统 | |
| CN108152265B (zh) | 拉曼光谱检测设备及其检测安全性的监控方法 | |
| WO2019128878A1 (zh) | 测试对象安全性检测方法和测试对象安全性检测设备 | |
| CN107991286B (zh) | 基于反射光功率的拉曼光谱检测设备及方法 | |
| KR20120075907A (ko) | 피측정물 비파괴방식의 근적외선 분광 분석장치 | |
| US10060794B2 (en) | Spectrometer and apparatus for monitoring light-shielded state | |
| CN208537420U (zh) | 一种可检测爆炸物的手持式拉曼光谱检测仪 | |
| WO2019128799A1 (zh) | 拉曼光谱检测设备和方法 | |
| CN207779900U (zh) | 基于反射光功率和图像识别的拉曼光谱检测设备 | |
| CN207779899U (zh) | 拉曼光谱检测设备 | |
| EP4206656A1 (en) | Method for enhancing a raman contribution in a spectrum, spectroscopy system and non-transitory computer-readable storage medium | |
| JP2005164431A (ja) | プラスチック類の識別方法及び装置 | |
| JP6314872B2 (ja) | 含有蛍光成分数決定方法及びその含有蛍光成分数決定方法を用いた分光蛍光光度計 | |
| JP2004527767A (ja) | 濃縮媒質に含まれる化学種の光学検出方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |