CN108323183A - 拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法，属于光谱检测技术领域。其中，该拉曼检测辅助设备包括芯片放置机构，用于放置插入的拉曼增强芯片；蒸发促进装置，用于对位于芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。本公开实施方式提供的拉曼检测辅助设备，自身配备有蒸发促进装置对拉曼增强芯片进行加热以去除水分，方便用户操作，提高了拉曼检测的效率。

Description

拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法

技术领域

本公开属于光谱检测技术领域，具体涉及一种拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法。

背景技术

目前，市面上已经有了拉曼增强芯片，用于对浓度低、极低的物质进行信号放大以进行检测。拉曼增强芯片的纳米涂层，需要被测物质完全贴附在涂层上才能够对拉曼信号进行放大。而如果是溶液，因为大量水分子的存在，待测微量物质无法与涂层贴合，或者只有极少量贴附在纳米涂层表面，这将使得信号无法被有效收集，因此必须将水分蒸发干才可进行检测。拉曼增强芯片的使用相对来说过程比较繁琐。举例来说，如果想检测奶粉中是否含有三聚氰胺，需要冲一点奶粉，滴一滴到拉曼增强芯片上，再将这一滴烘烤干，然后将拉曼增强芯片插入拉曼物质检测终端，激光发射，收集拉曼光谱。对于实验室专业人员来说，可能还可以接受这样的操作，但对于未来的民用市场，普通用户会抗拒这么复杂的操作流程，对产品的推广极为不利。

因此，如果有一种方案能够高效的完成上面整套流程，将能够方便用户操作，提高操作效率。

发明内容

本公开为至少部分解决现有的上述问题，提供一种拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法。该拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法相比现有的拉曼检测终端提高了拉曼检测的效率。

根据本公开的一个方面，提供一种拉曼检测辅助设备，包括：

芯片放置机构，用于放置插入的拉曼增强芯片；

蒸发促进装置，用于对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。

根据一个实施例，拉曼检测辅助设备还包括：

水分子检测装置，用于检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；

蒸发控制装置，用于接收来自所述水分子检测装置的水分子含量信息，根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热。

根据一个实施例，蒸发控制装置用于根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热的时长和/或加热强度。

根据一个实施例，蒸发控制装置还用于在所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片加热结束后，控制所述水分子检测装置重新检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；如果所述水分子含量超过阈值，则重新控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热，否则，停止对所述拉曼增强芯片进行加热。

根据一个实施例，水分子检测装置包括水分子检测传感器。

根据一个实施例，水分子检测装置用于通过拉曼光谱分析确定位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量。

根据一个实施例，蒸发促进装置包括电加热装置或照射加热灯。

根据一个实施例，拉曼检测辅助设备还包括：加热开关，用于响应于用户的手工操作，开启或关闭所述蒸发促进装置。

根据一个实施例，拉曼检测辅助设备包括：定时器，用于控制所述蒸发促进装置的水分蒸发操作的时长。

根据本公开的另一方面，提供一种拉曼检测终端，包括：设备主体；和上述的拉曼检测辅助设备。

根据本公开的又一方面，提供一种拉曼检测终端，包括：

激光源，用于发射激光；

拉曼探头，用于收集所述激光源发射的激光经过拉曼增强芯片放大后的拉曼信号用于光谱分析；

芯片放置机构，用于放置插入的所述拉曼芯片；

蒸发促进装置，用于对位于所述芯片放置装置的拉曼芯片进行水分蒸发操作。

根据一个实施例，拉曼检测终端还包括：

水分子检测装置，用于检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；

蒸发控制装置，用于接收来自所述水分子检测装置的水分子含量信息，根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热。

根据本公开的再一方面，提供一种利用上述拉曼检测终端进行拉曼检测的方法，包括：

利用所述蒸发促进装置对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作；

对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行拉曼检测。

根据一个实施例，该方法还包括：

检测位于拉曼增强芯片上的水分子含量；

根据所述水分子含量信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。

本公开某些实施例中的拉曼检测辅助设备、拉曼检测终端及方法，通过自身配备有蒸发促进装置能够对拉曼增强芯片进行加热以去除水分，方便用户操作，提高了拉曼检测的效率。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

图1示出根据本公开的一个实施例的拉曼检测辅助设备的示意图；

图2示出根据本公开的一个实施例的拉曼检测终端的示意图；

图3示出根据本公开的另一个实施例的拉曼检测终端的示意图；

图4示出根据本公开的又一个实施例的拉曼检测终端的示意图；

图5为根据本公开的一个实施例的拉曼检测方法的流程图。

具体实施方式

首先对本公开中涉及到的术语和原理进行释义说明。

散射分子原来处于基态，当外来光子入射到分子时，分子吸收一个光子后跃迁到虚能级，并立即回到基态而发射光子，这是瑞利散射。如果分子跃迁到虚能级不回到原来所处基态，而落到另一较高能级发射光子，这个发射的新光子能量显然小于入射光子能量，这是拉曼斯托克斯线(Stokes)，反之产生反斯托克斯线(Anti-Stokes)，斯托克斯线和反斯托克斯线通称为拉曼谱线。

拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点，可以使得拉曼强度增大几个数量级。其增强因子可以高达1014-1015倍，足以探测到单个分子的拉曼信号。SERS可以用于痕量材料分析、流式细胞术以及其它一些应用。但拉曼增强芯片由纳米材料附着硅片或石英片上构成，因此不适合直接测量，需要设计一种专用的拉曼增强检测设备。

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。

图1为本公开实施例的拉曼检测辅助设备的示意图。本实施例的拉曼检测辅助设备10包括：芯片放置机构11，用于放置插入的拉曼增强芯片；蒸发促进装置12，用于对位于芯片放置装置11的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。蒸发促进装置12例如可以是加热装置，如电加热装置和/或照射加热灯；或者是其他水分蒸发促进装置，如风扇；或者两者的结合，如电热风扇。

本公开实施方式提供的拉曼检测辅助设备，自身配备有蒸发促进装置，能够对拉曼增强芯片进行加热以去除水分，方便用户操作，提高了拉曼检测的效率。

图2示出根据本公开的一个实施例的拉曼检测终端的示意图。本实施例提供一种拉曼检测终端100，该拉曼检测终端100包括设备主体110和拉曼检测辅助设备120，该拉曼检测终端例如为手持式拉曼增强检测设备。

在本实施例中，拉曼检测辅助设备120可以包括芯片放置机构121和蒸发促进装置122，在该实施例中，蒸发促进装置122例如是电加热装置。芯片放置机构121可以用于放置通过芯片插口(未示出)插入的拉曼增强芯片，通过电加热装置122对放置在芯片放置机构121的拉曼增强芯片进行加热。电加热装置122位于芯片放置机构121的附近，例如位于芯片放置机构121的下方、侧面或周围，以便对拉曼增强芯片进行加热。

在一个实施例中，拉曼检测辅助设备120还包括加热开关123，用于开启或关闭蒸发促进装置122。用户可以手动选择开启或关闭电加热装置122。

在一个实施例中，拉曼检测辅助设备120还包括水分子检测装置124，用于检测位于芯片放置机构121的拉曼增强芯片上的水分子含量；水分子检测装置124例如是水分子检测传感器。蒸发控制装置125，用于接收来自水分子检测装置124的水分子含量信息，根据水分子信息控制蒸发促进装置122对拉曼增强芯片进行加热。在一个实施例中，拉曼检测辅助设备120还包括定时器(未示出)，用于控制蒸发促进装置121的水分蒸发操作的时长，蒸发控制装置125用于根据水分子信息控制蒸发促进装置122对拉曼增强芯片进行加热的时长和/或加热强度。

在一个实施例中，蒸发控制装置125还用于在蒸发促进装置122对拉曼增强芯片加热结束后，控制水分子检测装置124重新检测位于芯片放置机构121的拉曼增强芯片上的水分子含量；如果水分子含量超过阈值，则重新控制蒸发促进装置122对拉曼增强芯片进行加热，否则，停止对拉曼增强芯片进行加热。

上述实施例中，拉曼物质检测终端通过水分子检测装置检测拉曼增强芯片上是否有水分子存在，如果存在，则蒸发控制装置根据传感器数值，或激光发射时长和水分子信号的强度值，或其他方式，即可判定当前的水分含量，控制蒸发促进装置进行水分蒸发操作，例如，可设定电加热装置和/或照射加热灯工作的时长。时长到达后循环检测，直到水分子含量低于设定阈值，启动拉曼检测，并收集拉曼光谱。收集结束之后将比对结果呈现给用户。在使用本设备进行拉曼增强检测时，效率得以大幅提升，且不再需要额外的拉曼增强芯片检测预处理装置和设备，即使是非专业的普通用户也可以傻瓜化的简单操作。

图3示出根据本公开的另一个实施例的拉曼检测终端的示意图。本实施例提供一种拉曼检测终端200，该拉曼检测终端200包括设备主体210和拉曼检测辅助设备220。

在本实施例中，拉曼检测辅助设备220可以包括芯片放置机构221和照射加热灯222，芯片放置机构221可以用于插入拉曼增强芯片，通过照射加热灯222对放置在芯片放置机构221的拉曼增强芯片进行加热。在一个实施例中，拉曼检测辅助设备220还包括加热开关223，用于开启或关闭照射加热灯222。

在一个实施例中，如图3所示，设备主体210具有发出用于拉曼检测的激光的激光器211和用于感测待检测物质发出的拉曼信号强度的拉曼探头212。将包含待检测物质的拉曼增强芯片放置到芯片放置机构221后，激光器211向置于芯片放置机构211中的拉曼增强芯片上的待检测物质发出激光。在激光的作用下，待检测物质发出拉曼信号。拉曼探头212感测待检测物质发出的拉曼信号，转换成电信号发送给处理器214进行分析。处理器214根据拉曼信号进行光谱分析，确定待检测物质的成分，发送到显示器215进行显示。

在一个实施例中，拉曼物质检测终端200包括水分子检测的能力或者水分子检测装置。如果需要检测拉曼增强芯片上的水分子，激光器211先发出一个短时激光到拉曼增强芯片，并由拉曼探头212收集拉曼光谱，利用处理器214或水分子检测装置进行光谱分析，如果在固定波数位置没有检测到水分子信号，则认为没有水分子的存在，则可以继续拉曼增强芯片上的物质检测；如果检测到水分子信号，则可以控制蒸发促进装置222，例如照射加热灯，对拉曼增强芯片进行加热以去除水分。

上述实施例中，拉曼物质检测终端自身通过拉曼光谱判定是否有水分子的波峰存在。检测终端根据传感器数值，或激光发射时长和水分子信号的强度值，或其他方式，即可判定当前的水分含量。根据此值，即可设定电加热装置和/或照射加热灯工作的时长。时长到达后循环检测，直到水分子含量低于设定阈值，启动拉曼检测，并收集拉曼光谱。收集结束之后将比对结果呈现给用户。在使用本设备进行拉曼增强检测时，效率得以大幅提升，且不再需要额外的拉曼增强芯片检测预处理装置和设备，即使是非专业的普通用户也可以傻瓜化的简单操作。

图4为本公开实施例的拉曼检测设备的示意图。本实施例提供一种拉曼检测设备300，该拉曼检测设备300可以包括拉曼增强探头310(即设备主体)和拉曼检测辅助装置320，本实施例以所述拉曼检测设备为拉曼增强探头为例进行示例说明。其中，该拉曼检测辅助装置320的具体结构可参照上述实施例中的拉曼检测辅助装置120和220，在此不对其进行详细描述。

拉曼探头是用来耦合激光器和光谱仪的外光路部分，可以提高光学耦合效率，提高拉曼光谱仪使用的便携性，可以通过在拉曼探头前端增加拉曼芯片的插孔变为拉曼增强探头。

在本实施中，光纤激光器发出的光纤激光信号，经过准直镜变为平行激光；平行激光照射到二向色片，使入射激光以45度角反射到准直镜组，聚焦到条带/链条上的拉曼增强芯片；待测样品产生的拉曼信号伴随着激光反射光，经过准直镜组(790nm以上可透射)，激光滤除99.9％，然后通过二向色片；通过二向色片后的光信号中的拉曼信号无阻碍通过滤光片组(790nm以上可透射)，而激光信号被滤除；拉曼信号光经过聚焦镜组聚焦到光谱仪狭缝，用于下一步分光测量。

需要说明的是，上述任意实施例中的拉曼检测辅助装置即所述附件可以为单独附件实现，也可以集成在拉曼检测终端上，或者采用其他的结构方式，在此不做限定。

图5为本公开一个实施例的拉曼检测方法的流程图。该拉曼检测方法可以应用于拉曼检测设备，具体的拉曼检测设备可以参照上述图2-4任意实施例所述的内容，在此不再赘述。

如图5所示，该拉曼检测方法可以包括以下步骤。

在S510中，检测位于拉曼增强芯片上的水分子含量。例如通过水分子检测传感器或其他方式检测位于芯片放置机构上的拉曼增强芯片上的水分含量。

在S520中，根据测量的水分子含量信息控制蒸发促进装置对拉曼增强芯片进行水分蒸发操作，利用蒸发促进装置对位于芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。

在S530中，对位于芯片放置装置的拉曼增强芯片进行拉曼光谱检测。

下面提供本公开的拉曼检测终端及方法的一个使用应用例。

1.用户将待测物质滴到或涂抹到拉曼增强芯片上，之后插入到拉曼物质检测终端本体或附件上的增强芯片插口中；

2.如果用户设置为手动烘干模式，也就是手动选择开启电加热装置和/或照射加热灯，并自主控制时长，则按照用户指令执行，直到用户手动停止加热或者定时到时停止加热。之后用户点击开始检测，转到步骤7；如果用户设置为自动判定模式，则不需要手动进行控制，直接点击开始检测即可，转到步骤3；

3.终端通过任意方式判定拉曼增强芯片上的物质中是否有水的存在。具体来说，可通过具备水分子感应功能的传感器进行，如果没有检测到水分子，则转到步骤7；如果检测到了水分子的信号，则转到步骤4。或者如果该拉曼物质检测终端可以检测水，则先发出一个短时激光，并收集拉曼光谱。如果在固定波数位置没有检测到水分子的信号，则可认为没有水分子的存在，转到步骤7；如果检测到了水分子的信号，则转到步骤4。具体采用何种水分子检测方法，此处不做限定；

4.如果水分子信号强度未超过设定阈值(该阈值应设定为极小的值)，则转到步骤7；如果强度超过设定阈值，则提示用户当前待测物质中存在一定量水分子，正在进行加热烘干处理，转到步骤5；

5.检测终端根据传感器数值，或激光发射时长和水分子信号的强度值，或其他方式(取决于步骤3中水分子检测的方法)即可判定当前水分的大约存在量。根据此值，即可判定出蒸发掉当前水分需要电加热装置和/或照射加热灯工作的时长(功率是已知的，蒸发的速度也是已知的)；

6.根据步骤5计算的时长，启动电加热装置和/或照射加热灯，促进水分蒸发，并设置定时器。定时器到时后，停止加热，并转到步骤3；

7.发射激光，并收集拉曼光谱进行光谱分析。

8.当积分信噪比达标后，收集结束，停止激光发射；

9.将光谱信息在数据库中比对，并将结果信息呈现给用户。

本方案针对拉曼增强芯片使用流程繁琐的问题，通过内置蒸发促进装置和水分子的自动检测判定机制，使得用户在使用本设备进行拉曼增强检测时，效率得以大幅提升，且不再需要额外的拉曼增强芯片检测预处理装置和设备，即使是非专业的普通用户也可以傻瓜化的简单操作。同时，本方案对产品成本的提升及其有限，对产品推向民用市场将会非常有帮助。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (14)

1.一种拉曼检测辅助设备，包括：

芯片放置机构，用于放置插入的拉曼增强芯片；

蒸发促进装置，用于对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。

2.根据权利要求1所述的拉曼检测辅助设备，其中，还包括：

水分子检测装置，用于检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；

蒸发控制装置，用于接收来自所述水分子检测装置的水分子含量信息，根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热。

3.根据权利要求2所述的拉曼检测辅助设备，其中，所述蒸发控制装置用于根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热的时长和/或加热强度。

4.根据权利要求3所述的拉曼检测辅助设备，其中，所述蒸发控制装置还用于在所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片加热结束后，控制所述水分子检测装置重新检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；如果所述水分子含量超过阈值，则重新控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热，否则，停止对所述拉曼增强芯片进行加热。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的拉曼检测辅助设备，其中，所述水分子检测装置包括水分子检测传感器。

6.根据权利要求2至4中任意一项所述的拉曼检测辅助设备，其中，所述水分子检测装置用于通过拉曼光谱分析确定位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量。

7.根据权利要求1所述的拉曼检测辅助设备，其中，所述蒸发促进装置包括电加热装置或照射加热灯。

8.根据权利要求7所述的拉曼检测辅助设备，其中，还包括：

加热开关，用于响应于用户的手工操作，开启或关闭所述蒸发促进装置。

9.根据权利要求1、3、4、7或8所述的拉曼检测辅助装置，其中，还包括：

定时器，用于控制所述蒸发促进装置的水分蒸发操作的时长。

10.一种拉曼检测终端，包括：

设备主体；

上述权利要求1至9中任意一项所述的拉曼检测辅助设备。

11.一种拉曼检测终端，包括：

激光源，用于发射激光；

拉曼探头，用于收集所述激光源发射的激光经过拉曼增强芯片放大后的拉曼信号用于光谱分析；

芯片放置机构，用于放置插入的所述拉曼芯片；

蒸发促进装置，用于对位于所述芯片放置装置的拉曼芯片进行水分蒸发操作。

12.根据权利要求11所述的拉曼检测终端，其中，还包括：

水分子检测装置，用于检测位于所述芯片放置机构的拉曼增强芯片上的水分子含量；

蒸发控制装置，用于接收来自所述水分子检测装置的水分子含量信息，根据所述水分子信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行加热。

13.一种利用如权利要求10-12中所述拉曼检测终端进行拉曼检测的方法，包括：

利用所述蒸发促进装置对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行水分蒸发操作；

对位于所述芯片放置装置的拉曼增强芯片进行拉曼检测。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

检测位于拉曼增强芯片上的水分子含量；

根据所述水分子含量信息控制所述蒸发促进装置对所述拉曼增强芯片进行水分蒸发操作。