CN111579544A - 一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法。包括首先组装可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的二合一系统，所述二合一系统包括可见近红外光源、激光光源、检测探头、样品、可见近红外光谱模块、拉曼光谱模块、分束拉锥光纤及光纤；当同时打开两个光源时，可见近红外光或拉曼光经进入探头，到达样品处，然后样品的可见近红外吸收光谱或拉曼光谱经过探头，传到光谱模块中，依次经过狭缝、准直、分光、会聚后形成样品的可见近红外光谱；本发明的可见‑近红外吸收光谱，可对被测物进行准确的定量分析，拉曼光谱可对被测物品进行定性分析，使用本方法可同时对被测物品进行定性定量分析。
Description
技术领域
本发明属于辐射探测应用领域，特别涉及一种探测方法、
背景技术
拉曼光谱反映了被测物质的分子振动信息，属于物质的指纹光谱。在对物质的检测中，拉曼光谱技术具有检测时间短、准确度高、可透过透明或半透明包装测试、可测固态，液态，气态三种状态的物质、样品无需预处理等优点。现在的拉曼光谱技术应用的十分广泛，已经包括了药品、食品安全、化学物品、安检、文物鉴定、宝石鉴定等各个方面。
近红外光谱仪(Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波，美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团(O-H、N-H、C-H)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
但是目前没有对近红外光谱和拉曼光谱同时进行检测的仪器和设备，经过试验证明，同时运用经过两种光谱的分析，相辅相成，使测试结果更加准确，信息更加丰富，因此提供一种可同时探测拉曼光谱与近红外光谱的二合一探头就显得尤为重要。拉曼光谱主要对被测物质起到识别作用，达到定性的目的，近红外吸收光谱主要是对被测物起到定量的检测，两者结合，可实现被测物的定性、定量的检测。目前市场上还没有将这两种技术结合使用，并且实现近红外、拉曼光谱用同一探头同时检测的产品。现在市场上实现定性定量同时检测的几乎都是色谱法，但是其仪器体积较大，不易移动，此发明使用光谱实现定性定量的同时检测，可极大增加其检测的方便性。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种可定性定量的可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱方法。本发明的技术方案如下：
一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其包括以下步骤：
步骤1、首先组装可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的二合一系统，所述二合一系统包括可见近红外光源(1)、激光光源(2)、检测探头(3)、样品、可见近红外光谱模块(5)、拉曼光谱模块(6)、分束拉锥光纤(7)及光纤(8)，所述检测探头(3)包括可见近红外探头(31)及拉曼探头(32)，可见近红外光源(1)与可见近红外探头(31)相连接，所述激光光源(2)与拉曼探头(32)相连接，所述可见近红外探头(31)与拉曼探头(32)共用准直镜和二向色镜，拉曼探头(32)通过光纤(8)与拉曼光谱模块(6)相连接，可见近红外探头(31)通过分束拉锥光纤(7)与可见近红外光谱模块(5)相连接，可见近红外光谱模块(5)收集被测物的可见可见-近红外光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；拉曼光谱模块(6)用来收集被测物的拉曼光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；
步骤2、工作时，判断是选择同时打开近红外光源和拉曼激发光源，还是选择单独打开其中一个光源；
步骤3、当同时打开两个光源时，可见近红外光从可见近红外光源(1)处发出，经分束拉锥光纤(7)后进入可见近红外探头(31)，到达样品(4)处，然后样品的可见近红外吸收光谱经过可见近红外探头(31)，经分束拉锥光纤(7)传到可见近红外光谱模块(5)中，依次经过狭缝、准直、分光、会聚后形成样品的可见近红外光谱；同时激光光源(2)也经过拉曼探头(32)，到达样品(4)处，激发出样品的拉曼光，拉曼光传回拉曼探头(32)，然后传到拉曼光谱模块(6)中，在拉曼光谱模块(6)中穿过狭缝、经过准直、分光、会聚后，形成样品的拉曼光谱
进一步的，所述近红外光谱模块(5)包括第一狭缝(51)、第一准直球面反射镜(52)、第一光栅(53)、第一会聚球面反射镜(54)和第一探测器(55)，通过分束拉锥光纤(7)后，穿过第一狭缝(51)，经过第一准直球面反射镜(52)准直后，由第一光栅(53)分光，再由第一会聚球面反射镜(54)会聚在第一探测器(55)中，形成样品的可见近红外光谱。
进一步的，所述拉曼光谱模块(6)包括第二狭缝(61)、第二准直球面反射镜(62)、第二光栅(63)、第二会聚球面反射镜(64)和第二探测器(65)，通过光纤(8)后，穿过第二狭缝(61)，经过第二准直球面反射镜(62)准直后，由第二光栅(63)分光，再由第二会聚球面反射镜(64)会聚在第二探测器(65)中，形成样品的可见近红外光谱。
进一步的，所述可见近红外光源(1)使用卤钨灯，产生可见近红外光，测试被测物的可见近红外吸收光谱；所述激光光源(2)用于激励被测物，产生拉曼光。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明工作时，打开近红外光源和拉曼激发光源，可以同时收集并检测样品的近红外光谱和拉曼光谱，经过两种光谱的分析，相辅相成，使测试结果更加准确，信息更加丰富。
本发明的创新点主要是实现了用同一个探头同时测试样品的近红外吸收光谱和拉曼光谱，进而达到同时对样品进行定性、定量分析的效果，巧妙的共用了准直镜、二向色镜的光路，且平行设置的两套光路系统设置使得不互相干扰，减少了体积，这样的设计巧妙，实现了定量和定性的同时分析，颠覆了以往只能用色谱法来进行定性定量检测的认知。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的光路图；
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其包括以下步骤：
步骤1、首先组装可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的二合一系统，所述二合一系统包括可见近红外光源1、激光光源2、检测探头3、样品、可见近红外光谱模块5、拉曼光谱模块6、分束拉锥光纤7及光纤8，所述检测探头3包括可见近红外探头31及拉曼探头32，可见近红外光源1与可见近红外探头31相连接，所述激光光源2与拉曼探头32相连接，所述可见近红外探头31与拉曼探头32共用准直镜和二向色镜，拉曼探头32通过光纤8与拉曼光谱模块6相连接，(在图1中，拉曼探头32包括两个准直镜、两个滤光片和两个二向色镜，在图中未用符号标记)可见近红外探头31通过分束拉锥光纤7与可见近红外光谱模块5相连接(在图1中，可见近红外探头31包括两个准直镜、一个滤光片和一个二向色镜，在图中未用符号标记，其巧妙之处在于两个探头公用一个二向色镜和一个准直镜，通过共用的二向色镜，实现分光，可见近红外就直接反射回去，拉曼光就通过45度设置的二向色镜实现垂拉曼光45度的反射)，可见近红外光谱模块5收集被测物的可见吸收近红外光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；拉曼光谱模块6用来收集被测物的拉曼光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；
步骤2、工作时，判断是选择同时打开近红外光源和拉曼激发光源，还是选择单独打开其中一个光源；
步骤3、当同时打开两个光源时，可见近红外光从可见近红外光源1处发出，经分束拉锥光纤7后进入可见近红外探头31，到达样品4处，然后样品的可见近红外吸收光谱经过可见近红外探头31，经分束拉锥光纤7传到可见近红外光谱模块5中，依次经过狭缝、准直、分光、会聚后形成样品的可见近红外光谱；同时激光光源2也经过拉曼探头32，到达样品4处，激发出样品的拉曼光，拉曼光传回拉曼探头32，然后传到拉曼光谱模块6中，在拉曼光谱模块6中穿过狭缝、经过准直、分光、会聚后，形成样品的拉曼光谱。
1、2为光源，其中1为可见近红外光源(使用卤钨灯，产生可见近红外光，测试被测物的可见近红外吸收光谱)；2为激光光源(用于激励被测物，产生拉曼光)；3为检测探头，此探头可同时收集被测物的可见近红外吸收光以及拉曼光，其中31为用于可见近红外部分的探头，32为用于拉曼部分的探头；4为被测物所在的位置；5为可见近红外光谱模块，用来收集被测物的可见吸收光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输，其中51为狭缝，52为准直球面反射镜，53为光栅(衍射元件)，54为会聚球面反射镜，55为探测器；6为拉曼光谱模块，用来收集被测物的拉曼光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输，其中61为狭缝，62为准直球面反射镜，63为光栅(衍射元件)，64为会聚球面反射镜，65为探测器。7为分束拉锥光纤(连接可见近红外光源、探头、可见近红外模块)；8为光纤(连接探头与拉曼模块)
1.工作时，可选择同时打开近红外光源和拉曼激发光源，也可选择单独打开其中一个光源，当同时打开两个光源时，可见近红外光从光源1处发出，经光纤7后进入探头的可见近红外部分31，到达样品4处，然后样品的可见近红外吸收光谱经过探头的可见近红外部分31，经光纤7传到可见近红外光谱模块5中，在模块5中穿过狭缝51、经过准直镜52准直后，由光栅53分光，再由会聚镜54会聚在探测器55中，形成样品的可见近红外光谱；同时激光2也经过探头的拉曼部分32，到达样品4处，激发出样品的拉曼光，拉曼光传回探头的拉曼部分，然后传到拉曼光谱模块6中，在模块6中穿过狭缝61、经过准直镜62准直后，由光栅63分光，再由会聚镜64会聚在探测器65中，形成样品的拉曼光谱。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (4)
1.一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、首先组装可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的二合一系统，所述二合一系统包括可见近红外光源(1)、激光光源(2)、检测探头(3)、样品、可见近红外光谱模块(5)、拉曼光谱模块(6)、分束拉锥光纤(7)及光纤(8)，所述检测探头(3)包括可见近红外探头(31)及拉曼探头(32)，可见近红外光源(1)与可见近红外探头(31)相连接，所述激光光源(2)与拉曼探头(32)相连接，所述可见近红外探头(31)与拉曼探头(32)共用准直镜和二向色镜，拉曼探头(32)通过光纤(8)与拉曼光谱模块(6)相连接，可见近红外探头(31)通过分束拉锥光纤(7)与可见近红外光谱模块(5)相连接，可见近红外光谱模块(5)收集被测物的可见可见-近红外光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；拉曼光谱模块(6)用来收集被测物的拉曼光，并将其分解成光谱，然后将其转化成电信号进行传输；
步骤2、工作时，判断是选择同时打开近红外光源和拉曼激发光源，还是选择单独打开其中一个光源；
步骤3、当同时打开两个光源时，可见近红外光从可见近红外光源(1)处发出，经分束拉锥光纤(7)后进入可见近红外探头(31)，到达样品(4)处，然后样品的可见近红外吸收光谱经过可见近红外探头(31)，经分束拉锥光纤(7)传到可见近红外光谱模块(5)中，依次经过狭缝、准直、分光、会聚后形成样品的可见近红外光谱；同时激光光源(2)也经过拉曼探头(32)，到达样品(4)处，激发出样品的拉曼光，拉曼光传回拉曼探头(32)，然后传到拉曼光谱模块(6)中，在拉曼光谱模块(6)中穿过狭缝、经过准直、分光、会聚后，形成样品的拉曼光谱。
2.根据权利要求1所述的一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其特征在于，所述近红外光谱模块(5)包括第一狭缝(51)、第一准直球面反射镜(52)、第一光栅(53)、第一会聚球面反射镜(54)和第一探测器(55)，通过分束拉锥光纤(7)后，穿过第一狭缝(51)，经过第一准直球面反射镜(52)准直后，由第一光栅(53)分光，再由第一会聚球面反射镜(54)会聚在第一探测器(55)中，形成样品的可见近红外光谱。
3.根据权利要求1所述的一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其特征在于，所述拉曼光谱模块(6)包括第二狭缝(61)、第二准直球面反射镜(62)、第二光栅(63)、第二会聚球面反射镜(64)和第二探测器(65)，通过光纤(8)后，穿过第二狭缝(61)，经过第二准直球面反射镜(62)准直后，由第二光栅(63)分光，再由第二会聚球面反射镜(64)会聚在第二探测器(65)中，形成样品的可见近红外光谱。
4.根据权利要求1所述的一种可同时测量物质的可见近红外光谱和拉曼光谱的方法，其特征在于，所述可见近红外光源(1)使用卤钨灯，产生可见近红外光，测试被测物的可见近红外吸收光谱；所述激光光源(2)用于激励被测物，产生拉曼光。
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