CN114441507B

CN114441507B - 量子磁光传感方法

Info

Publication number: CN114441507B
Application number: CN202210366892.1A
Authority: CN
Inventors: 丁贤根; 丁远彤
Original assignee: Harbour Star Health Biology Shenzhen Co ltd
Current assignee: Harbour Star Health Biology Shenzhen Co ltd
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2042-04-08
Also published as: CN114441507A

Abstract

本发明提出在核磁共振的条件下采集拉曼光谱，并建立特征磁谱和特征光谱之间的关联方法，对于检测物中包含的特定质子的检测分子，施加核磁共振，调整主磁场、激发光及散射光收集之间的磁光夹角，获得最强分布概率处的拉曼散射光，基于非磁状态、磁化状态、核磁共振状态和弛豫状态，通过量子磁光函数计算法和直接测量法获取特征光谱，通过核磁共振的检测方法获取特征磁谱，采用特征光谱和特征磁谱关联函数计算检测分子的含量，本发明的主要贡献在于：通过建立量子层面的核磁共振和拉曼光谱的函数关联，提高拉曼光谱的采集效率、提高检测分子含量的解析精准度，解析量子运动变化细节，有利于发现和计算检测物中其它分子的构成及含量。

Description

量子磁光传感方法

技术领域

本发明涉及互联网和新能源领域，尤其涉及核磁共振和拉曼光谱的量子级别的超微量检测的传感器子领域，用于创新设计一类医学IVD(人体体外诊断产品)，对于人体进行血液和组织液的无创超微量检测诊断，还可以用于其它食品、药物、毒品的检测。

背景技术

体外诊断产品

体外诊断产品IVD(英文名称：In Vitro Diagnostic products，缩写：IVD，中文简称：体外诊断产品)由于采用人体体外来进行医疗检测，不同于手术和抽血化验检测，尤其是无创IVD，无需破皮即可完成检测，所以越来越受到医疗机构和被检测对象的欢迎和重视。然而，由于无创IVD是透过人体皮肤对人体内部 (例如血液、组织液、皮下组织等)进行检测，其理论模型的创新和技术实现的难度，均极其困难。以核磁共振技术为例，一台核磁共振成像系统居然包含着17人12次获得诺贝尔奖，拉曼光谱技术也是获得诺贝尔物理奖的成果。

微量物质检测产品

对于一些含有可形成核磁共振的特定质子的超微量物质，无论是以纯原子结构的物质溶液还是以分子结构的混合物质，在其含量非常小的情况下，检测是较为困难的，例如食品中的微量物质、药品中的微量物质、剧毒物质以及毒品，这些检测的需求也是存在的。

核磁共振技术

核磁共振技术核心内容是一种量子现象，具体是部分特定的质子的磁矩在外界纵向恒定磁场中被磁化，并且由于该质子在磁场中，存在固有的进动频率，在与进动频率同频率的横向激发射频磁场的作用下，质子产生进动共振，同时在激发射频磁场停止后，由于化学键中的质子的章动效应，产生化学位移的自由感应衰减，据此，可以依据计算出特定分子的含量。

依据核磁共振中的共振过程和弛豫过程，尤其是通过检测化学位移的自由感应衰减，可以获得检测物中特定分子的特征磁谱，人们把这种特征磁谱当做特定分子的“指纹磁谱”，通过这种指纹磁谱，可以进一步计算特定分子在检测物中的含量。

拉曼光谱技术

拉曼光谱技术的最核心理论是拉曼效应Raman(英文名称：Raman scattering，中文简称：拉曼散射或拉曼效应。Chandrasekhara Venkata Raman,1888-1970，印度物理学家)，拉曼效应发现于1928年，并在1930 年获得诺贝尔物理奖。拉曼效应的核心原理也是一种量子现象，当特定波长激发光的光子与原子核的核外电子产生碰撞时，电子吸收光子的能量，依据能量守恒原理，产生散射光光子。其中，绝大部分发生弹性碰撞，此时弹出的光子波长与激发光波长一致，称为瑞利散射光(英文名称：Rayleigh scattering，中文简称：瑞利散射)；另外很小部分发生非弹性碰撞，此时由于电子的能级跃迁吸收或者释放部分能量，所以散射光的波长不等于激发光波长，称为拉曼散射光。其中，拉曼散射光又依据波长的不同，分成散射光波长与激发光波长相差较小的(1～10/cm^-1)被称为布里渊散射光、散射光波长明显大于(＞10/cm^-1)激发光波长的称为斯托克斯散射光和散射光波长明显小于激发光波长的称为反斯托克斯散射光(英文名称： Anti-Stokes scattering，中文简称：反斯托克斯散射)，布里渊散射、斯托克斯散射和反斯托克斯散射构成的光谱成为拉曼光谱。

基于特定分子的分子键和原子的结构，均能够产生一种固定的拉曼光谱，人们又称之为特定分子的“指纹光谱”，通过这种指纹光谱，能够进一步计算特定分子在检测物中的含量。

融合技术创新

目前，基于核磁共振技术和拉曼光谱技术的融合技术的创新，无论是学术研究还是产品应用、无论是研究报告还是专利申请，据发明人的检索，均少有发现。

此外，核磁共振技术和拉曼光谱技术各自独立技术的产品，也十分昂贵。就核磁共振技术而言，典型产品为用于医疗成像的核磁共振成像系统，通常造价为百万元至千万元量级；就拉曼光谱技术而言，典型产品大多数还是作为实验室检测仪器，少量的已经应用于食品卫生监测及缉毒监测，其价格依然在十万元以上。

现有技术的不足

现有技术的不足，究其原因分析至少包括如下：

1、核磁共振和拉曼光谱属于两个不相干的领域，完全没有相互融合；

2、核磁共振大多数用于医学成像，设备昂贵，软硬件基础资源多被国外垄断；

3、拉曼光谱的核心设备大多产自国外，由于价格较高，应用普及率较低；

4、核磁共振和拉曼光谱的底层资源尚有很多可融合、可产生额外功效之处，尚待开发；

5、此外，关于量子理论，由于是一个发展历程较短的理论，其主流分支和单点创新的研究工作尚在进行中，大多数研究学者尚未把研究重点投放到支流分支和多点创新方面。量子理论应用创新目前正聚焦于单点创新的应用，例如量子保密通信产品、量子并行计算产品，而多合应用的产品，尚没有被研究者多关注。量子理论与其他应用的融合发展尚未到来，也鲜有商业成功的案例。核磁共振和拉曼光谱的融合，需要理论创新和方法创新。而这一创新，尚未发现有研究成果和应用案例。

发明的目的、意图和贡献

基于对上述背景技术和现有技术的不足的分析，发明人创新了本发明专利申请——量子磁光传感方法，其发明的主要目的包括：

1、从量子理论的层面，解析核磁共振技术和拉曼光谱技术在底层原理，创新一整套融合量子磁光传感的方法，解决融合核磁共振和拉曼光谱的理论和底层技术问题；

2、提出核磁共振和拉曼光谱的磁光状态关联理论及方法，给出磁光关联函数。

本发明的主要意图和贡献包括：

1、提高拉曼光谱的采集效率；

2、通过状态的变化提供拉曼光谱新的解析手段；

3、通过特征磁谱和特征光谱的双重解析，提高检测物中检测分子含量的解析精度；

4、通过特征磁谱和特征光谱函数关联，提高检测物中检测分子含量的解析精度和检测变化细节；

5、有利于发现检测物中检测分子之外的其它分子的构成及含量的计算。

发明内容

本发明的核心创新是提出在核磁共振的条件下采集拉曼光谱，并建立特征磁谱和特征光谱之间的关联方法，对于检测物中包含的特定质子的检测分子，施加核磁共振，调整主磁场、激发光及散射光收集之间的磁光夹角，获得最强分布概率处的拉曼散射光，基于非磁状态、磁化状态、核磁共振状态和弛豫状态，通过量子磁光函数计算法和直接测量法获取特征光谱，通过核磁共振的监测方法获取特征磁谱，采用特征光谱和特征磁谱关联函数计算检测分子的含量，本发明的主要贡献在于：通过建立量子层面的核磁共振和拉曼光谱的函数关联，提高拉曼光谱的采集效率、提高检测分子含量的解析精准度，解析量子运动变化细节，有利于发现和计算检测物中其它分子的构成及含量。

在图1中，检测物置于由N极和S极构成的主磁场中，其中的圆球表示为被主磁场磁化的特定质子(例如氢质子)，根据右手定则，特定质子外围的带负电荷的电子旋转(图1中是按照正电荷旋转)，产生磁矩，接受主磁场的顺磁磁化，产生于主磁场磁力线方向相同的排列。在于主磁场垂直方向上，加载激发射频磁场，当该磁场的交变频率与特定质子以及主磁场的磁化强度形成特定关系时，特定质子将发生核磁共振。与此同时，对于检测物加载激发光，检测物中包含特定质子的检测分子受到激发光的激发，而产生散射光，再以特定角度接收散射光。由于核磁共振的作用，这种散射光的产生点和产生方向，将形成一定的概率分布。此时，只要找到最大概率的激发光发生点和角度，就能够收集更多的激发光。此外，在核磁共振的各种状态中，通过建立磁光函数，我们就能够实现特征磁谱和特征光谱的关联，进而进一步解析出更多的信息。

1、关于核磁共振

如图2所示，对于检测物中的单个特定质子(例如¹H)在主磁场B₀中，部分质子受到激发射频磁场的扰动，当这个激发射频磁场的频率(ω₀或者f₀)与特定质子在主磁场中的固有频率相同时，原子核的磁矩发生拉莫尔进动(Larmor precession)圆锥的运动和章动(Nutation)现象，称之为核磁共振，其中，γ为特定质子所固有的磁旋比，它是一个测量值，是原子核固有的常数。图6是核磁共振条件下的工作原理示意图。公式如下：

ω₀＝γB₀或

需要强调的是：

1.1、特定质子并非都能够发生核磁共振，只是一部分，这符合统计规律。

1.2、核磁共振是量子现象，与普朗克常数h(h＝6.62607015×10^-34焦耳·秒)或

有关。

1.3、发生核磁共振的质子分为磁矩方向与主磁场相同的顺磁磁化的低能级和与主磁场相反的抗磁磁化的高能级，其中低能级的核自旋数比高能级的核自旋数略高，以1.5T(特斯拉)的主磁场为例，常温下，低能级的核自旋数比高能级的核自旋数大约多了1×10^-5个。

对于整个检测物中的多个特定质子，则按照统计计算其整体的核磁共振，在宏观上，依然符合核磁共振的原理。

1.4、检测物包括的特定质子中n个量子数的总体概率函数分布可用下列公式描述：

如图3、图4和图5所示，Q_ns为高概率区域。

2、核磁共振与拉曼散射光状态

如图3和图11所示，从量子层面看，拉曼散射光是由于激发光的光子与检测物中的特定质子中原子核与核外电子形成的电偶极子发生非弹性碰撞，使得电偶极子发生能级跃迁而产生散射光光子的，虽然依据海森堡测不准原理，对于单个散射光光子，我们极难确定这个散射光光子是在空间的哪个点位产生，也极难确定它将沿哪个空间角度飞出。但是，从宏观统计学的角度分析，发明人认为符合量子能级跃迁概率函数，例如在图11中1106，我们能够确定一个最高概率的第二夹角，计算条件如下所示：

并且，可以归纳为以下4种状态的散射光产生的位置和方向存在不同属性：

2.1、非磁化状态

检测物未被施加外界主磁场状态，这种状态下拉曼散射效应为常规的状态，此时检测物中的特定质子处于量子简并状态，散射光的光子受到量子简并的熵增影响，由激发光产生的散射光产生的位置和方向上呈现的状态确定为原始的非磁化状态。

2.2、磁化状态

检测物正在被施加外界主磁场状态，此时检测物中的特定质子处于的一部分处于被主磁场顺磁磁化和抗磁磁化，亦即这部分特定质子按照一种确定的排列，检测物整体在排列的在熵方面发生变化，由激发光产生的散射光必然会引起位置和方向上的变化，而这种变化时在统计学方面是有具体不同的。我们确定这种由激发光产生的散射光产生的位置和方向上呈现的状态为磁化状态。

2.3、核磁共振状态

检测物正在被施加外界主磁场状态时，施加引起核磁共振的激发射频磁场，此时由于特定质子正在发生核磁共振，部分原子核的磁矩发生拉莫尔进动和章动的共振运动，由此引起由激发光产生的散射光同理必然会引起位置和方向上的变化，表现在宏观统计学上产生了具体的不同。我们确定这种由激发光产生的散射光产生的位置和方向上呈现的状态为核磁共振状态。

2.4、弛豫状态

检测物的特定质子在发生核磁共振时，停止激发射频磁场后，发生核磁共振的那部分原子核恢复磁化状态的过程就是弛豫过程。因此，弛豫状态时一种随着时间变化的过程，受检测物的形态和种类不同，这种恢复时间介于百毫秒至数天不等。同理，弛豫状态在由激发光产生的散射光产生的位置和方向上呈现的状态也将呈现统计学的不同，我们确定这种散射光的状态为弛豫状态。

3、状态关联检测计算

由于本发明是在核磁共振状态中检测拉曼光谱，如果我们将激发光的照射光斑照射到检测物的特定区域上，而在特定区域中找到特定质子中n个量子数的总体概率函数分布最大处，再由散射光收集器按照特定角度收集该最大处的散射光，那么就可以获得最多的拉曼散射光光子，此时就可以依据以下公式：

R_nm(t)＝k·Q_n

建立状态关联函数，检测并计算最优的拉曼光谱。

本发明的目的、意图和贡献是采用如下技术方案的工作步骤实现的：

1、基础方法的步骤

本发明作为量子磁光传感方法，包括以下基础方法步骤：

S1000：在主磁场中，对包括但不限于有特定质子的检测物用激发射频磁场施加核磁共振的步骤。

S2000：在核磁共振中，对检测物以特定波长的激发光施加拉曼光谱激发，采集散射光中拉曼光谱信号，计算包括但不限于特定质子的检测分子的核磁共振光谱的步骤。

S3000：依据特定质子的波函数分布概率与拉曼散射光采集概率的量子磁光函数，或者依据实际测量的测量值函数，计算核磁共振光谱，计算在检测物中检测分子的含量的步骤。

核磁共振包括但不限于共振过程、弛豫过程。

核磁共振光谱，在共振过程中包括但不限于共振光谱，弛豫过程中包括但不限于弛豫光谱。

这里需要注意的是，核磁共振下拉曼光谱的获得需要检测物中包含具有共同的特定质子，该特定质子能够产生核磁共振效应，并且它的化合物的分子还能够产生拉曼散射效应。例如以¹ ₁H，进一步例如最终检测的是检测物中的葡萄糖分子含量，其分子式为C₆H₁₂O₆，对于核磁共振，检测的是¹ ₁H质子的核磁共振磁谱，对于拉曼光谱，检测的是C₆H₁₂O₆的特征光谱。

此外，本发明方法包含：1、只有主磁场而没有核磁共振的情况下的只在主磁场中的拉曼光谱检测；2、有主磁场同时还有核磁共振的情况下的拉曼光谱检测。

2、调整磁光夹角

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S4000通过测量获取或设定获取最优磁光夹角，以获取最优核磁共振光谱的方法步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S4100步骤，通过测量获取最优磁光夹角，包括但不限于：

S4111：调整磁光夹角，执行S2000步骤，当核磁共振光谱达到最优核磁共振光谱时，以此磁光夹角为最优磁光夹角的步骤，最优核磁共振光谱，具体包括但不限于S4112或S4113或S4114或S4115或它们的任意组合，它们是：

S4112：在核磁共振光谱中一个以上指定位置的信号幅度最大或最小。

S4113：在核磁共振光谱中一个以上指定位置的信号幅度与另外一个以上指定位置的信号幅度的比值最大或最小。

S4114：核磁共振光谱中出现的波峰个数大于特征个数，特征个数是与检测分子有关联的数值。

S4115：在调整磁光夹角的全部范围中，核磁共振光谱中出现的波峰个数最多。

记录此时获得的最优磁光夹角为已知最优磁光夹角。

进一步的，S4200步骤，通过设定获取最优磁光夹角，具体包括但不限于：依据已知最优磁光夹角来设定磁光夹角，将此时获取到的核磁共振光谱指定为最优核磁共振光谱的步骤。

进一步的，S4300步骤，依据最优核磁共振光谱，计算在检测物中检测分子含量的步骤。

进一步的，S4400步骤，采用永磁铁或电磁铁方式产生主磁场的步骤，电磁铁包括但不限于直流线圈电磁铁和超导体线圈电磁铁。

磁光夹角，包括但不限于主磁场方向与激发光方向的第一夹角和主磁场方向与散射光方向之间的第二夹角。

调整磁光夹角的方式包括但不限于结构固定模式、手动调整模式和自动调整模式。

调整磁光夹角的步骤是本发明方法的一种优选项，而不是必选项。在一些应用中，可以采用固定的磁光夹角的方案，这对于一些已知的优化磁光夹角的检测应用，取消调整磁光夹角，采用固定的磁光夹角设计，这将有利于降低应用系统的复杂度和降低成本。

3、采集核磁共振信号

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S1100采集核磁共振信号的步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S1100步骤，施加核磁共振的步骤，具体包括但不限于：以主磁场为垂直方向，布置激发射频磁场与主磁场垂直并且在同一个检测区的水平方向，放置检测物于检测区，调整激发射频磁场的频率和强度，使得特定质子产生核磁共振的步骤，特定质子包括但不限于在检测物中的检测分子中、干扰分子中。

进一步的，S1120步骤，在激发射频磁场工作时采集包括但不限于频率、幅度、宽度的共振信号的步骤。

进一步的，S1130步骤，在激发射频磁场从停止直到特定质子恢复常态为止的过程中的水平方向采集包括但不限于频率、幅度、宽度和弛豫时间的水平弛豫信号的步骤。

进一步的，S1140步骤，在激发射频磁场从停止直到特定质子恢复常态为止的过程中的垂直方向采集包括但不限于频率、幅度、宽度和弛豫时间的垂直弛豫信号的步骤。

核磁共振信号，是按照业内公知共用的设定。

干扰分子，是指包含在检测分子中的其它分子，但是干扰分子中也包含特定质子的分子，对于不包括特定质子的干扰分子，由于它不能形成核磁共振信号，所以可以在核磁共振的检测中不予考虑。只是在拉曼光谱检测时，由于特征峰是混合的，所以这是候可以采用一些公知共用的筛选方法，删除干扰分子的拉曼光谱的信号部分。

需要特别指出的是，作为一种低成本的、只对特定检测分子的检测应用，也可以取消采集核磁共振信号的步骤，而只是在施加主磁场的磁化状态时和不施加主磁场的非磁化状态时，只通过采集拉曼光谱信号，以计算解析出检测物中检测分子的含量的步骤，而不需要核磁共振步骤的参与。

4、计算特征磁谱

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S1200计算特征磁谱的步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S1210步骤，依据水平弛豫信号，计算特征磁谱的步骤，计算方法包括但不限于公式4.1、公式4.2。

进一步的，S1220步骤，依据水平弛豫信号和垂直弛豫信号，计算特征磁谱的步骤，计算方法包括但不限于公式4.3和公式4.1、公式4.2。

进一步的，S1230步骤，依据水平弛豫信号，针对检测分子和干扰分子，计算特征磁谱，检测分子的计算方法包括但不限于公式4.1、公式4.2，干扰分子的计算方法包括但不限于公式4.4、公式4.5。

进一步的，S1240步骤，依据水平弛豫信号和垂直弛豫信号，针对检测分子和干扰分子，计算特征磁谱，检测分子的计算方法包括但不限于公式4.3和公式4.1、公式4.2，干扰分子的计算方法包括但不限于公式4.6和公式4.4、公式4.5。

一步的，S1250步骤，计算化学位移的自由感应衰减(英文名称：free inductiondecay，英文简称：FID，中文名称：自由感应衰减)的步骤，计算方法包括但不限于公式4.7和公式4.8和公式4.9和傅里叶变换公式4.10。

其中：

NMR_x1是检测分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的x轴分量。

MR_y1是检测分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的y轴分量。

NMR_z1是检测分子中核磁化强度矢量中垂直弛豫过程中的分量。

NMR_x2是干扰分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的x轴分量。

NMR_y2是干扰分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的y轴分量。

NMR_z2是干扰分子中核磁化强度矢量中垂直弛豫过程中的分量。

γ是磁旋比，B₁是激发射频磁场，ω是激发射频磁场的角频率，ω₀是核磁共振角频率，M₀是恒定主磁场磁化强度。

公式4.10中，实部代表核磁共振吸收峰信号线形，i表示虚部，代表核磁共振色散信号线形。

T₂₁是检测分子的水平弛豫时间。

T₁₁是检测分子的垂直弛豫时间。

T₂₂是干扰分子的水平弛豫时间。

T₁₂是干扰分子的垂直弛豫时间。

F(ω)是化学位移FID的傅里叶函数。

需要强调的是，上述这些公式，只是特征磁谱计算的多种方法之一，在其它的教科书中，会有相应其它形式的描述方式，这些也都包括在本发明所要求保护的范畴之内。

征磁谱的计算，不仅仅包含上述方法，实际上还包括公知共用的一些方法，这里只是就本发明密切相关的予以罗列。

需要特别指出的是，作为一种低成本的、只对特定检测分子的检测应用，也可以取消特征磁谱的步骤，而只是在非磁状态、磁化状态、共振状态和弛豫状态中，采集拉曼光谱信号，以计算解析出检测物中检测分子的含量的步骤，而不需要特征磁谱的计算参与。

5、依据特征磁谱计算检测分子含量

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S1300磁谱梯度列表法和S1400磁谱直接计算法计算检测分子的含量的步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S1300步骤，磁谱梯度列表法，包括但不限于S1310至S1350步骤，具体包括但不限于：

进一步的，S1310步骤，检测检测物和干扰物的纯物质梯度浓度的溶液，获取特征磁谱，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S1320步骤，检测检测物和干扰物的混合物梯度浓度，获取特征磁谱，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S1330步骤，依据特征数据库中纯物质梯度浓度和混合物梯度浓度，采用深度学习的算法，计算物质混合比和误差的对应表，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S1340步骤，检测未知的检测物的特征磁谱，依据对应表，计算物质混合比和误差的步骤。

进一步的，S1350步骤，计算检测物的份量和物质混合比和误差，计算检测分子的含量和包括但不限于的误差的步骤。

进一步的，S1400步骤，磁谱直接计算法至少包括但不限于：

进一步的，S1410步骤，检测未知的检测物的特征磁谱步骤。

进一步的，S1420步骤，依据化学位移的自由感应衰减，计算检测分子的含量和包括但不限于的误差的步骤。

图9是特征磁谱的一种图示，图中横轴是激发射频磁场的角频率，纵轴是化学位移FID的函数值。

关于磁谱直接计算法的具体设计，尤其是在获得了化学位移的自由感应衰减数据后，如何计算检测分子的含量，前人的一些成果已经成为公知共用的知识，可以参考一些教科书、研究报告和专利。

需要特别指出的是，作为一种简便的、低成本的应用，尤其是只通过拉曼光谱而无需特征磁谱参与也能够满足测量需要的情况下，依据特征磁谱计算检测分子含量的步骤可以省略，因此，本步骤并不是必须项，而是一种优选项。

6、检测拉曼光谱和计算特征光谱

在前述基础方案的基础上，本发明具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S2100步骤，采用窄带带通滤光镜过滤由发光器发出的光线，放行特定波长的光线为激发光、阻止非特定波长的光线通过的步骤，其中，发光器包括但不限于单频单路发光器工作模式和近频差分双路发光器工作模式，窄带带通滤光镜，其带通宽度小于特定波长的1％。

进一步的，S2200步骤，控制激发光的照射启停时间，使得激发光形成光斑照射到检测物上产生散射光的步骤。

进一步的，S2300步骤，收集光斑处的散射光，并且分解散射光为由斯托克斯散射光或反斯托克斯散射光或布里渊散射光的拉曼光谱信号的步骤，具体包括但不限于S2310、S2320和S2330的一种或者多种组合：

优选地，S2310步骤，由低通滤光镜放行其中的波长大于特定波长的散射光为斯托克斯散射光，阻止波长小于等于特定波长的散射光的步骤。

优选地，S2320步骤，由高通滤光镜放行其中的波长小于特定波长的散射光为反斯托克斯散射光，阻止波长大于等于特定波长的散射光的步骤。

优选地，S2330步骤，由双带通滤光镜放行布里渊散射光的波长通过，阻止激发光和斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的波长的光线通行的步骤。

进一步的，S2400步骤，汇聚斯托克斯散射光或反斯托克斯散射光或布里渊散射光，通过狭缝，经光路整形，由分光镜分光，采用光电传感器检测出分光信号，由积分算法产生拉曼光谱信号的步骤。

进一步的，S2500步骤，依据检测分子的固有特征光谱，在拉曼光谱信号中计算检测分子的特征光谱的步骤，固有特征光谱和在拉曼光谱信号中计算检测分子的特征光谱包括但不限于特征峰编号、特征峰位置和特征峰数值。

进一步的，S2600步骤，采用近频差分双路发光器工作模式用于消除荧光，获取特征光谱的步骤，近频差分双光路发光器是指两路发光器所发出的激发光频率相差小于2％。近频差分双路发光器工作模式具体包括但不限于依据两路发光器所获得的2路拉曼光谱信号，采用差分算法计算直接获得特征峰位置和特征峰数值。

进一步的，S2700步骤，采用激发光的光轴与收集的散射光的光轴在同一个光轴的同轴方式、激发光的光轴与收集的散射光的光轴不在同一个光轴的离轴方式，执行S2100至S2500的步骤，获取特征光谱的步骤。

进一步的，S2800步骤，关闭主磁场，执行S2100至S2500和S2700的步骤，获取特征光谱的步骤。离轴方式，是指激发光的光轴和散射光的光轴对于临近检测物的光路，不在同一个光轴，并且主磁场方向与激发光方向夹角，和，主磁场方向与散射光方向的夹角分别可调或指定角度的工作方式。

同轴方式，是指激发光的光轴和散射光的光轴对于临近检测物的光路，在同一个光轴，并且主磁场方向与激发光方向夹角，和，主磁场方向与散射光方向的夹角相同并且可调或指定角度的工作方式。

计算公式包括但不限于：

公式6.1为量子能级跃迁概率函数，公式6.2为包括但不限于特定质子和检测分子化学键的入射光作用于带电粒子产生的受激振荡电偶极矩函数，公式6.3分解函数，公式6.4是瑞丽散射的函数，公式6.5是斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.6是反斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.7是拉曼光谱函数，公式6.8 是完整的一组拉曼光谱信号函数。

p_s(t)＝a·E(t) 6.2

p_s，k＝p₁+p₂+p₃ 6.3

p₁＝a₀·E₀cosω₀t 6.4

RM＝f_6.6(C，S，W) 6.7

RMS＝{RM|浓度编号α，监测序号β，拉曼位移编号γ，1≤γ≤p} 6.8

其中，

R_nm为能级跃迁概率，ω_nm为电磁波频率，H′_nm为磁场，p_s(t)为入射光作用于带电粒子产生的受激振荡电偶极矩，带电粒子包括但不限于原子和化学键，a为极化率，E(t)为入射光电场，p₁为瑞丽散射，p₂为斯托克斯拉曼散射，p₃为反斯托克斯拉曼散射，k为介质内的振动，

为介质内振动频率，C为检测分子的浓度，S为获取拉曼数据次数的监测序号，W为拉曼光谱的位移值。

图10是一种特征光谱的示意图，其中，横轴为拉曼散射光位移值，纵轴是拉曼散射光的幅度值，1001 和1002分别是差分方式下采集的拉曼散射光光谱，1003是通过差分算法计算获得的拉曼散射光的特征峰波形。

优选地，关于离轴方式，还可以包括以下具体步骤：

采用离轴方式，以恒定主磁场的方向为基准方向，针对检测物上的光斑为顶点，在核磁共振过程和水平弛豫过程和垂直弛豫过程中，通过调整激发光与基准方向的激发光夹角、收集的散射光与基准方向的收集散射光夹角，以采集离轴拉曼光谱信号并计算检测分子的离轴特征光谱的步骤。

依据多次获得的在不同的激发光与基准方向的激发光夹角和收集的散射光与基准方向的收集散射光夹角情况下获得的离轴拉曼光谱信号和离轴特征光谱，计算获取最优离轴拉曼光谱信号和最优离轴特征光谱。

依据固有特征光谱，在最优离轴拉曼光谱信号中计算检测分子的离轴最优特征光谱的步骤。

采用差分光源和差分方法获取离轴最优拉曼光谱信号的离轴最优特征光谱的步骤。

离轴最优特征光谱是指在包括在离轴特征光谱中特征峰位置重复性最好和特征峰数值最大的离轴特征光谱，此时的激发光夹角和收集散射光夹角分别为最优激发光夹角和最优收集散射光夹角。

优选地，关于同轴方式，还可以包括以下具体步骤：

采用同轴方式，以恒定主磁场的方向为基准方向，针对检测物上的光斑为顶点，在核磁共振过程和水平弛豫过程和垂直弛豫过程中，通过调整光轴与基准方向的光轴夹角，以采集同轴拉曼光谱信号并计算检测分子的同轴特征光谱的步骤。

依据多次获得的在不同的光轴夹角的情况下获得的同轴拉曼光谱信号和同轴特征光谱，计算获取最优同轴拉曼光谱信号和最优同轴特征光谱。

依据固有特征光谱，在最优同轴拉曼光谱信号中计算检测分子的同轴最优特征光谱的步骤。

采用差分光源和差分方法获取同轴最优拉曼光谱信号的同轴最优特征光谱的步骤。

同轴最优特征光谱是指在包括在同轴特征光谱中特征峰位置重复性最好和特征峰数值最大的同轴特征光谱，此时的光轴夹角为最优光轴夹角。

在实际设计中，本发明中的公式只是表达方式中的一种，在不同的学术流派中，会有不同的公式列写方式，也均包含在本发明之中。

另外，固有特征光谱中的固有的概念，是包含该检测分子所特有的在光谱学方面的特征，随着光谱仪的自身性能的不同，会有一些差异，这些差异将表现在特征峰的具体位置、特征峰的形状(含大小、波峰角度、波峰高度、波峰面积等)等方面，这是公知共用的知识，并非本发明的特别定义。

这里补充说明的是，采用差分光源和差分方法，主要目的是为了消除荧光，其原理和说明，对于业内技术人员而言，属于公知共用的知识和技术。

7、依据特征光谱计算含量

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S2900光谱梯度列表法和S2A00光谱直接计算法计算检测分子的含量的步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S2900步骤，光谱梯度列表法，包括但不限于S2910至S2950步骤，具体包括但不限于：

进一步的，S2910步骤，检测检测物和干扰物的纯物质梯度浓度的溶液，获取特征光谱，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S2920步骤，检测检测物和干扰物的混合物梯度浓度，获取特征光谱，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S2930步骤，依据特征数据库中纯物质梯度浓度和混合物梯度浓度，采用深度学习的算法，计算物质混合比和误差的对应表，记入特征数据库的步骤。

进一步的，S2940步骤，检测未知的检测物的特征光谱，依据对应表，计算物质混合比和误差的步骤。

进一步的，S2950步骤，计算检测物的份量和物质混合比和误差，计算检测分子的含量和包括但不限于的误差的步骤。

进一步的，S2A00步骤，光谱直接计算法至少包括但不限于：

进一步的，S2A10步骤，检测未知的检测物的特征光谱步骤。

进一步的，S2A20步骤，依据特征光谱，计算检测分子的含量和包括但不限于的误差的步骤。

这里的直接计算法包括业内公知共用的一些方法，业内中级设计人员应该能够通过参考公知共用的资料予以设计。

8、量子磁光函数

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S3100特定质子的波函数分布概率与拉曼散射光采集概率的量子磁光函数，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S3110步骤，依据单个特定质子量子态的能量波函数，计算分布概率超过特定概率的方位角和仰角的最优概率区间的步骤。

进一步的，S3120步骤，在主磁场中，分别计算在以下4种状态时的方位角和仰角的概率区间的步骤，具体包括但不限于S3121至S3124中一种或多种组合：

S3121：核磁共振之前的静态最优概率区间。

S3122：核磁共振中的共振最优概率区间。

S3123：核磁共振中的水平弛豫时的水平弛豫最优概率区间。

S3124：核磁共振中的垂直弛豫时的垂直弛豫最优概率区间。

进一步的，S3130步骤，以激发光在检测物上形成的光斑位置作为基准点，以基准点处所在的区域内的全部特定质子量子态的能量波函数叠加，依照方位角和仰角调整磁光夹角，使得最优磁光夹角落在最优概率区间的步骤。

进一步的，S3140步骤，针对最优概率区间，收集散射光，分解拉曼光谱信号，计算核磁共振光谱，并以此作为最优核磁共振光谱的步骤。

进一步的，S3150步骤，依据最优核磁共振光谱，计算检测物中检测分子含量的步骤。

能量波函数的计算公式包括但不限于：

公式8.1为直角三维坐标下拉普拉斯算子，公式8.3为直角三维坐标下薛定谔方程，公式8.4为球极坐标系下拉普拉斯算子，公式8.5为球极坐标系下拉普拉斯方程，公式8.6为哈密顿算子，公式8.7为球极坐标系下薛定谔方程，公式8.8为粒子的波函数计算公式，公式8.9为粒子的概率密度的计算公式，公式8.10为n个量子数的总体概率函数，公式8.11是最优概率区间的计算公式：

|Ψ(x，t)|²＝|c₁|²|ψ₁(x)|²+|c₂|²|ψ₂(x)|²+2|c₁c₂||ψ₁(x)ψ₂(x)|cos(ωt+δ) 8.9

其中，ψ₂(x)是粒子的波函数，|Ψ(x,t)|²是粒子的概率密度，c₁、c₂是复常数，t是任意时刻，ω是振荡频率，θ是方位角，φ是仰角，r是半径，δ是狄拉克冲击函数，n是量子数，|ψ_n(x)|²是第n个粒子的概率密度，Q_n是n个粒子数的总体概率函数，Q_ns是最优概率区间，s是介于Q_n大小区间内的一个阈值。

优选地，在核磁共振中的量子态和磁光夹角，是以电子由于受到激发光的激发，从低能级向高能级跃迁，又从高能级回落到原低能级时，释放的光子，以此光子的概率分布作为拉曼光谱信号的概率分布的步骤。优选地，依据检测物中全部特定质子在核磁共振中的量子态和磁光夹角，计算拉曼光谱信号的概率分布的步骤。

优选地，求取拉曼光谱信号的概率分布中的最大概率位置，以此位置作为拉曼散射光的接收位置，接收拉曼散射光，获取最优核磁共振光谱的步骤。

优选地，量子态包括原子核的自旋、特定质子的自旋、电子能级、电子云概率、电子能级跃迁。

在实际设计中，本发明中的公式只是表达方式中的一种，在不同的学术流派中，会有不同的公式列写方式，也均包含在本发明之中。业内中级设计人员应该能够通过参考公知共用的资料予以设计。

9、磁光联合校准

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于S3200的依据实际测量的测量值函数，计算核磁共振光谱，计算在检测物中所述检测分子的含量，进行磁光联合校准的步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S3210步骤，采用标准含量的检测物，检测、计算特征磁谱和特征光谱，与此前经过校准的特征磁谱和特征光谱相比较，以修改计算参数，校准特征磁谱和特征光谱的步骤。

进一步的，S3220步骤，采用标准含量的干扰物，检测、计算特征磁谱和特征光谱，与此前经过校准的特征磁谱和特征光谱相比较，以修改计算参数，校准特征磁谱和特征光谱的步骤。

进一步的，S3230步骤，采用标准比例的检测物和干扰物的混合物，检测、计算特征磁谱和特征光谱，与此前经过校准的特征磁谱和特征光谱相比较，以修改计算参数，校准特征磁谱和特征光谱的步骤。

进一步的，S3240步骤，修改计算参数，包括但不限于执行S3100，获得优化的特征光谱，以修改计算参数，校准特征磁谱和特征光谱的步骤。

进一步的，S3250步骤，对于最优概率区间，基于电子的能级跃迁概率与拉曼光子的总体概率函数之间呈现增函数关系，建立包括但不限于公式6.1和公式8.10的函数关系，或，公式9.1或公式9.2的函数关系，校准特征磁谱和特征光谱的步骤：

R_nm(t)＝k·Q_n 9.1

其中，k为比例系数，包括但不限于固定的常数和可变的比例函数。

优选地，需要特别申明的是：这里比例系数k的引入，至少包括以下几种理由：

1、量子的概率云的曲面形状以及概率计算，不是准确的(基于海森堡测不准原理)，所以Q_n和R_nm(t)和k 都是非精确的。

2、基于热力学熵增原理，比例系数k也将与熵有关，所以，这里的k呈现一定范围内的波动。

3、在区域Q_n处，散射光的光子传播方向(方位角θ和仰角φ)受曲面Q_n形状对半径的导数影响，存在着一个小范围的角度波动，因此，在收集散射光时，并不能100％收集到位，所以，由比例系数k予以调整。

4、受特定质子原子结构的影响，比例系数k也将略有不同。

5、进一步的，比例系数k可以参照至少包括以上关系，设计成一种比例可变的函数，以便更加精准计算。

这里补充说明和强调的是，这里的S3200步骤是一种优选项，而非是必选项。在一些应用中，由于采用量子磁光函数就能够达到满意的测量时，为了简化和降低成本，可以无需采用S3200步骤。

10、同轴方式

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于同轴方式的计算步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S5010步骤，针对检测物，采用同轴方式，调整磁光夹角，获取核磁共振光谱的数据，建立磁光夹角与核磁共振光谱对应的同轴夹角函数的步骤，磁光夹角的调整范围不超过从0度到180度。

进一步的，S5020步骤，计算同轴夹角函数的极值，建立与已知检测分子含量的检测物的特征磁谱的对应关系表，作为依据同轴夹角函数的极值、特征磁谱查取对应关系表获取检测分子含量的查表法的步骤。进一步的，S5030步骤，计算同轴夹角函数的极值，并获取特征磁谱，采用计算法获取检测分子含量的步骤。

优选地，采用同轴方式，以恒定主磁场的方向为基准方向，针对检测物上的光斑为顶点，在核磁共振过程和水平弛豫过程和垂直弛豫过程中，通过调整光轴与基准方向的光轴夹角，以采集同轴拉曼光谱信号并计算检测分子的同轴特征光谱的步骤。

优选地，依据多次获得的在不同的光轴夹角的情况下获得的同轴拉曼光谱信号和同轴特征光谱，计算获取最优同轴拉曼光谱信号和最优同轴特征光谱。

优选地，依据固有特征光谱，在最优同轴拉曼光谱信号中计算检测分子的同轴最优特征光谱的步骤。

优选地，采用差分光源和差分方法获取同轴最优拉曼光谱信号的同轴最优特征光谱的步骤。

优选地，同轴最优特征光谱是指在包括在同轴特征光谱中特征峰位置重复性最好和特征峰数值最大的同轴特征光谱，此时的光轴夹角为最优光轴夹角。

优选地，同轴方式由于无法分开激发光和散射光的角度，所以对于一些散射光与优化的激发光不在同一个角度的检测分子的检测和计算，不建议采用同轴方式。

图7是共轴方式拉曼散射光采集的示意图，其中714是激发光和拉曼散射光的共轴光路示意。

之所以采用同轴方式，是因为以下原因：

1、一些包含特定质子的检测分子，其拉曼散射光的产生的高概率角度与激发光的入射角度近似于负180 度，此时同轴模式依然可以采集到足够份量的散射光。

2、检测物中检测分子的含量浓度足够高，无需再提高检测灵敏度。

3、基于成本、体积和简化的角度考虑。

11、离轴方式

在前述基础方案的基础上，本发明包括但不限于离轴方式的计算步骤，具体包括但不限于以下的一种或者多种组合方法步骤实现：

进一步的，S5040步骤，针对检测物，采用离轴方式，分别调整第一夹角和第二夹角，获取核磁共振光谱的数据，建立第一夹角与核磁共振光谱对应的离轴第一夹角函数，建立第二夹角与核磁共振光谱对应的离轴第二夹角函数的步骤，第一夹角和第二夹角的调整范围不超过从0度到180度。

进一步的，S5050步骤，计算离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值，建立与已知检测分子含量的检测物的特征磁谱的对应关系表，作为依据离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值、特征磁谱查取对应关系表获取检测分子含量的查表法的步骤。

进一步的，S5060步骤，计算离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值，并获取特征磁谱，采用计算法获取检测分子含量的步骤。

图8是离轴方式拉曼散射光采集的示意图，图中801是激发光光路示意，802是拉曼散射光收集光路示意。

优选地，采用离轴方式，以恒定主磁场的方向为基准方向，针对检测物上的光斑为顶点，在核磁共振过程和水平弛豫过程和垂直弛豫过程中，通过调整激发光与基准方向的激发光夹角、收集的散射光与基准方向的收集散射光夹角，以采集离轴拉曼光谱信号并计算检测分子的离轴特征光谱的步骤。

优选地，依据多次获得的在不同的激发光与基准方向的激发光夹角和收集的散射光与基准方向的收集散射光夹角情况下获得的离轴拉曼光谱信号和离轴特征光谱，计算获取最优离轴拉曼光谱信号和最优离轴特征光谱。

优选地，依据固有特征光谱，在最优离轴拉曼光谱信号中计算检测分子的离轴最优特征光谱的步骤。

优选地，采用差分光源和差分方法获取离轴最优拉曼光谱信号的离轴最优特征光谱的步骤。

优选地，离轴最优特征光谱是指在包括在离轴特征光谱中特征峰位置重复性最好和特征峰数值最大的离轴特征光谱，此时的激发光夹角和收集散射光夹角分别为最优激发光夹角和最优收集散射光夹角。

12、发明的有益效果

1、实现了特征磁谱和特征光谱在时间方面和行为方面的关联，提供了后续分析的依据。

2、提供了非磁化状态、磁化状态、核磁共振状态和弛豫状态的细分拉曼光谱，有利于进一步解析量子运动的特征。

3、提供了拉曼光谱最优检测的高概率点位计算方法。

4、提高了特定分子在检测物中含量的检测精准度。

附图说明

附图清单：

图1：量子磁光传感方法总体图

图2：核磁共振原理图

图3：核磁共振下的拉曼散射光原理图

图4：核磁直角坐标原理图

图5：核磁极坐标原理图

图6：核磁共振磁场结构图

图7：同轴拉曼光谱系统图

图8：离轴拉曼光谱系统图

图9：特征磁谱

图10：特征光谱

图11：离轴光路示意图。

附图详细说明：

图1：量子磁光传感方法总体图

检测物置于由N极和S极构成的主磁场中，其中的圆球表示为被主磁场磁化的特定质子(例如氢质子)，根据右手定则，特定质子外围的带负电荷的电子旋转(图1中是按照正电荷旋转)，产生磁矩，接受主磁场的顺磁磁化，产生于主磁场磁力线方向相同的排列。在于主磁场垂直方向上，加载激发射频磁场，当该磁场的交变频率与特定质子以及主磁场的磁化强度形成特定关系时，特定质子将发生核磁共振。与此同时，对于检测物加载激发光，检测物中包含特定质子的检测分子受到激发光的激发，而产生散射光，再以特定角度接收散射光。由于核磁共振的作用，这种散射光的产生点和产生方向，将形成一定的概率分布。此时，只要找到最大概率的激发光发生点和角度，就能够收集更多的激发光。此外，在核磁共振的各种状态中，通过建立磁光函数，我们就能够实现特征磁谱和特征光谱的关联，进而进一步解析出更多的信息。

图2：核磁共振原理图

201：主磁场及其磁场方向

202：激发射频磁场及其方向

203：特定质子及其旋转磁矩

204：特定质子的进动轨道

B0：主磁场强度

B1：激发射频磁场强度

O：特定质子中心

P：磁矩轴与进动轨道圆心的垂直交叉点

Q：进动轨道圆心。

图3：核磁共振下的拉曼散射光原理图

301：主磁场及其磁场方向

302：特定质子的旋转磁矩轴

303：激发光及其方向

304：散射光及其方向

305：散射光高概率区

O：特定质子中心。

图4：核磁直角坐标原理图

401：特定质子

402：高概率区

X：直角坐标系X轴

Y：直角坐标系Y轴

Z：直角坐标系Z轴

O：直角坐标系中心点

LS：激发光

RM：散射光。

图5：核磁极坐标原理图

501：主磁场与激发光形成的仰角

502：主磁场与散射光形成的方位角

503：散射光高概率区

X：直角坐标系X轴

Y：直角坐标系Y轴

Z：直角坐标系Z轴

O：直角坐标系中心点

LS：激发光

RM：散射光

θ：激发光的仰角

φ：激发光的方位角。

图6：核磁共振磁场结构图

601：主磁场S极

602：主磁场N极

603：激发射频磁场

604：激发射频磁场的线圈

605：直角坐标系

X：直角坐标系X轴

Y：直角坐标系Y轴

Z：直角坐标系Z轴

O：直角坐标系中心点。

图7：同轴拉曼光谱系统图

701：主磁场S极

702：主磁场N极

703：激发射频磁场的线圈

704：感应磁场的线圈

705：检测物

706：光斑

707：同轴拉曼探头

708：控制及校验子系统

709：拉曼光谱仪

710：产生激发光的激光器

711：激发光光路

712：采集的散射光光路

713：半反半透镜

714：激发光和散射光的同轴光路。

图8：离轴拉曼光谱系统图

801：激发光光路

802：散射光光路

803：光斑。

图9：特征磁谱

这是自由感应衰减FID信号的傅里叶变换的波形图，其中，纵坐标为F(ω)，是幅度，横坐标为ω，是激发射频磁场的角频率，图中有4个波峰，分别是OH键、CH₂键、CH键和CH₃键。

图10：特征光谱

这是基于差分算法的拉曼光谱的谱线图。其中：

1001：LD1通道光谱谱线

1002：LD2通道光谱谱线

1003：差分后的特征峰谱线。

图11：离轴光路示意图

1101：主磁场

1102：检测物

1103：激发光方向

1104：拉曼散射光方向

1105：第一夹角

1106：第二夹角

1107：光斑

B0：主磁场

LS：激发光

RM：高概率的拉曼散射光

具体实施方式

本发明的目的、意图和贡献是采用如下2个实施例的技术方案实现的。这里需要特别说明的是，由于每个具体的实施例都有具体的用途和工业实用性。所以，以下实施例中的任何一个，并不能包括本发明的所有特征和步骤，也不是对本发明的限制，本发明权利要求书的描述，是对于发明的全面总结。

实施例一、基于人体无创生化检测的离轴量子磁光传感方法

本发明量子磁光传感方法的应用实施例之一是采用离轴方式完成拉曼光谱的激发、采集和量子磁光传感。相对于同轴方式而言，离轴方式的优势在于，在不知道检测分子的最优第二夹角的情况下，通过调节第一夹角和第二夹角来持续检测拉曼散射光光谱的强度，可以获得最优拉曼散射光的角度，即最优第二夹角。当然，离轴方式由于增加了复杂度，造成了实施成本的增加。

1、示图说明

本实施例内容主要包括由以下附图构成，它们是：图1、图2、图3、图4、图5、图6、图8、图9、图 10和图11。

2、方案及步骤

2.1、基础方法的步骤

本发明作为量子磁光传感方法，包括以下基础方法步骤：

核磁共振包括但不限于共振过程、弛豫过程。

这里需要强调的是，核磁共振下拉曼光谱的获得需要检测物中包含具有共同的特定质子，该特定质子能够产生核磁共振效应，并且它的化合物的分子还能够产生拉曼散射效应。例如以¹ ₁H，进一步例如最终检测的是检测物中的葡萄糖分子含量，其分子式为C₆H₁₂O₆，对于核磁共振，检测的是¹ ₁H质子的核磁共振磁谱，对于拉曼光谱，检测的是C₆H₁₂O₆的特征光谱。

如图1是本实施例的原理示意图，也是表达本发明方法的一种原理描述。其核心是将检测物置于主磁场中，再采用拉曼光谱检测方法获得拉曼光谱的信号，并计算特征光谱。其中，由N极和S极提供主磁场，检测物置于主磁场中，由于主磁场的磁化作用，检测中所包括的微观上的特定质子部分被磁化，呈现顺磁磁矩和主磁场同向，呈现顺磁磁化状态。此时，由于顺磁磁化的作用，这部分特定质子由原来未加主磁场时的非磁状态变成了磁矩排列整齐的顺磁磁化状态，那么，这种变化对于宏观的检测物来说，将带来统计学的效果。依据这种加载和未加载主磁场前后的统计效果差异，本发明可提供最简洁模式的应用。为了更进一步加强测量效果，本发明还增加一个选择项，即增加一个激发射频磁场，在激发射频磁场的作用下，特定质子进入共振状态，在关闭激发射频磁场后，特定质子又进入了弛豫状态。这些在统计学上均表现出相应的效果。在综合考虑非磁状态、磁化状态、共振状态和弛豫状态在统计学上的表现效果的差异，我们就能够解析出更多的信息。

为了捕捉这些信息，发明人引入了拉曼光谱的检测，来获得这些状态下的拉曼光谱，图1中包括是拉曼光谱的检测方法。为了便于描述，发明人将激发光和散射光的光路分开表示，即采用激发光和散射光离轴方式描述。需要强调的是，图1中这种激发光和散射光分开画，并不表示本发明只适合离轴方式，而是对于激发光和散射光离轴方式同样有效。通过调整激发光的入射角度和散射光的收集角度，结合特定质子在非磁状态、磁化状态、共振状态和弛豫状态在统计学上的表现效果的差异，我们实现对于更多信息的解析。

图11是离轴方式下，激发光LS的入射角度——即第一夹角和最高概率的散射光RM的收集角度——即第二夹角在本发明中的一种表现。图11中，1101表示主磁场B0，1102表示检测物，1103表示激发光， 1104表示最高概率的散射光，1105表示第一夹角，1106表示第二夹角。

需要强调的是，主磁场的实现方式包括多种，即电磁方式和永久磁铁方式，其中如果需要测量非磁状态，则只能采用电磁方式，在电磁铁通电的状态下由电磁铁产生主磁场，关闭电磁铁电源，即可实现关闭主磁场。

图7是本实施例在同轴方式下的结构示意图。图8是本实施例的在离轴方式下的结构示意图。至于采用离轴方式还是采用同轴方式，都是本发明所保护的选择项。

在图7中，701和702分别表示主磁场的磁极，703表示甲方射频磁场的激发线圈，704小时接收核磁共振信号的，705表示检测物，706表示光斑，这个光斑是由激发光在检测物上产生的光斑，并且，散射光也是从额光斑上产生的，707表示用于收集散射光的拉曼探头，708表示控制及校验子系统，主要由硬件和部分软件构成，709表示拉曼光谱仪，用于解析拉曼光谱信号，生成拉曼光谱，710表示激光器，用于产生激发光，711表示激发光的光路，712表示散射光的光路，713是半反半透镜，用于合成和分离激发光额散射光。在光路上，还包括一些光学器件，例如窄带滤光镜、带通滤光镜、狭缝等。

在图8中，801表示激发光光路，802表示散射光光路，其中可见激发光光路和散射光光路是完全分开的，据此可以实现对于第一夹角和第二夹角的单独调节，803表示光斑位置。

图6是主磁场的另外一种解析试图——核磁共振结构图，图中可见，激发射频磁场是与主磁场垂直的，它由激发线圈加载激发射频磁场信号产生，与主磁场一起共同作用于检测区中的检测物上。其中，601 表示主磁场S极，602表示主磁场N极，603表示激发射频磁场，604表示激发射频磁场的线圈，605 表示直角坐标系，X表示直角坐标系X轴，Y表示直角坐标系Y轴，Z表示直角坐标系Z轴，O表示直角坐标系中心点。

2.2、调整磁光夹角

记录此时获得的最优磁光夹角为已知最优磁光夹角。

作为手动调整模式是，在第一夹角和第二夹角上，设计一种利于手动调整的机械装置，用于分别调节第一夹角和第二夹角。

作为自动调整模式，是设计一种包括步进电机来实现对于第一夹角和第二夹角来实施分开独立调节，步进电机再由相应的控制电路控制，并接受系统的控制指令。进一步的，还可以通过对于拉曼光谱信号的解析，在第一夹角和第二夹角可调的全程范围内，扫描和寻找最优核磁共振光谱或者最强的拉曼散射光信号，最终确定最优磁光夹角的第一夹角和第二夹角。

关于磁光夹角，涉及图2、图3、图4、图5都是用于表示磁光夹角的。

图2是核磁共振原理图，这是单个特定质子在核磁共振情况下产生进动的工作原理。其中，201表示主磁场及其磁场方向，它是一种磁场强度较大的静态磁场。202表示激发射频磁场及其方向，它是一种交变磁场，根据核磁共振的原理，当这个交变磁场的变化频率与特定质子在主磁场下的固有频率相等时，特定质子将发生旋转轨道进动，这个进动的过程包括特定质子绕着OP轴自旋，同时还以OP点为半径，绕Q点公转，当激发射频磁场停止后，特定质子将进入弛豫状态，最终恢复到磁化状态。203表示特定质子及其旋转磁矩，204表示特定质子的进动轨道，B0表示主磁场强度，B1表示激发射频磁场强度，O 表示特定质子中心，P表示磁矩轴与进动轨道圆心的垂直交叉点，Q表示进动轨道圆心。

图3是核磁共振下的拉曼散射光原理图，其中，301表示主磁场及其磁场方向，302表示特定质子的旋转磁矩轴，303表示激发光及其方向，304表示散射光及其方向，305表示散射光高概率区，O表示特定质子中心。在这里，球形的特定质子中，球壳是特定质子的核外电子的电子云运动轨道概率分布的示意，在量子力学中，球形的电子云只是其运动概率分布中，球形只是其中的一种，由于电子能级的不同，其运动轨道概率分布将呈现多种外形。激发光的光子对于处在不同的能级轨道上的电子产生非弹性碰撞，引起电子的运动轨道的能级跃迁，在跃迁时释放出光子，考察这些被释放的光子，其释放点和飞行轨道，通过微观的量子现象，到宏观的具体位置和运动方向，将呈现统计学表现。图中的Qns表示按照统计学规律，其非弹性碰撞产生点的高概率区。

图4是核磁直角坐标原理图，表示单个特定质子在核磁共振条件下的电子云概率分布。其中，401表示特定质子，402表示高概率区，X表示直角坐标系X轴，Y表示直角坐标系Y轴，Z表示直角坐标系Z 轴，O表示直角坐标系中心点，LS表示激发光，RM表示散射光。图中Qns含义同上。

图5是核磁极坐标原理图，这是为了表示激发光和散射光的位置和角度的示意图。其中501表示主磁场与激发光形成的要交，502表示主磁场与散射光形成的第二夹角，503表示散射光高概率区，X表示直角坐标系X轴，Y表示直角坐标系Y轴，Z表示直角坐标系Z轴，O表示直角坐标系中心点，LS表示激发光，RM表示散射光，θ和φ表示方位角，3共同构成第一夹角。

2.3、采集核磁共振信号

核磁共振信号的具体采集轴向，是按照业内公知共用的知识确定的，通过感应线圈和解析电路采集获得。如图3、图4、图5、图6所示的直角坐标系，感应线圈可分为单轴、双轴和三轴，以便获得相应坐标轴上的感应信号。对于无需核磁成像应用的系统，本发明的感应线圈至少包括与激发线圈同轴的单轴即可。干扰分子，是指包含在检测分子中的其它分子，但是干扰分子中也包含特定质子的分子，对于不包括特定质子的干扰分子，由于它不能形成核磁共振信号，所以可以在核磁共振的检测中不予考虑。只是在拉曼光谱检测时，由于特征峰是混合的，所以这是可以采用一些公知共用的筛选方法，删除干扰分子的拉曼光谱的信号部分。

2.4、计算特征磁谱

进一步的，S1250步骤，计算化学位移的自由感应衰减(英文名称：free inductiondecay，英文简称：FID，中文名称：自由感应衰减)的步骤，计算方法包括但不限于公式4.7和公式4.8和公式4.9和傅里叶变换公式4.10：

其中：

NMR_y1是检测分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的y轴分量。

T₂₁是检测分子的水平弛豫时间。

T₁₁是检测分子的垂直弛豫时间。

T₂₂是干扰分子的水平弛豫时间。

T₁₂是干扰分子的垂直弛豫时间。

F(ω)是化学位移FID的傅里叶函数。

特征磁谱的计算，不仅仅包含上述方法，实际上还包括公知共用的一些方法，这里只是就本发明密切相关的予以罗列。

图9是特征磁谱的一种示意波形图。这是自由感应衰减FID信号的傅里叶变换的波形图，其中，横轴是激发射频磁场的角频率，纵轴是化学位移FID的函数值。纵坐标为F(ω)，是幅度，横坐标为ω，是激发射频磁场的角频率，图中有4个波峰，分别是OH键、CH₂键、CH键和CH₃键。

2.5、依据特征磁谱计算检测分子含量

进一步的，S1400步骤，磁谱直接计算法至少包括但不限于：

进一步的，S1410步骤，检测未知的检测物的特征磁谱步骤。

图9是特征磁谱的一种图示，图中横轴是激发射频磁场的角频率，纵轴是化学位移FID的函数值。关于磁谱直接计算法的具体设计，尤其是在获得了化学位移的自由感应衰减数据后，如何计算检测分子的含量，前人的一些成果已经成为公知共用的知识，可以参考一些教科书、研究报告和专利。

需要特别指出的是，作为一种简便的、低成本的应用，尤其是只通过拉曼光谱而无需特征磁谱参与也能够满足测量需要的情况下，依据特征磁谱计算检测分子含量的步骤可以省略，因此，本步骤并不是必需项，而是一种优选项。

2.6、检测拉曼光谱和计算特征光谱

计算公式包括但不限于：

公式6.1为量子能级跃迁概率函数，公式6.2为包括但不限于特定质子和检测分子化学键的入射光作用于带电粒子产生的受激振荡电偶极矩函数，公式6.3分解函数，公式6.4是瑞丽散射的函数，公式6.5是斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.6是反斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.7是拉曼光谱函数，公式6.8 是完整的一组拉曼光谱信号函数：

p_s(t)＝a·E(t) 6.2

p_s，k＝p₁+p₂+p₃ 6.3

p₁＝α₀·E₀cosω₀t 6.4

RM＝f_6.6(C，S，W) 6.7

RMS＝{RM|浓度编码α，检测序号β，拉曼位移编号γ，1≤γ≤p} 6.8

其中，

优选地，关于离轴方式，还可以包括以下具体步骤：

优选地，关于同轴方式，还可以包括以下具体步骤：

2.7、依据特征光谱计算含量

进一步的，S2A00步骤，光谱直接计算法至少包括但不限于：

进一步的，S2A10步骤，检测未知的检测物的特征光谱步骤。

这里的直接计算法包括业内公知共用的一些方法，业内中级设计人员应该能够通过参考公知共用的资料予以采用，这里不再复述。

2.8、量子磁光函数

S3121：核磁共振之前的静态最优概率区间。

S3122：核磁共振中的共振最优概率区间。

S3123：核磁共振中的水平弛豫时的水平弛豫最优概率区间。

S3124：核磁共振中的垂直弛豫时的垂直弛豫最优概率区间。

能量波函数的计算公式包括但不限于：

公式8.1为直角三维坐标下拉普拉斯算子，公式8.3为直角三维坐标下薛定谔方程，公式8.4为球极坐标系下拉普拉斯算子，公式8.5为球极坐标系下拉普拉斯方程，公式8.6为哈密顿算子，公式8.7为球极坐标系下薛定谔方程，公式8.8为粒子的波函数计算公式，公式8.9为粒子的概率密度的计算公式，公式 8.10为n个量子数的总体概率函数，公式8.11是最优概率区间的计算公式：

其中，ψ₂(x)是粒子的波函数，|Ψ(x,t)|²是粒子的概率密度，c₁、c₂是复常数，t是任意时刻，ω是振荡频率，θ是方位角，φ是仰角，r是半径，δ是狄拉克冲击函数，n是量子数，|ψ_n(x)|²是第n个粒子的概率密度，Q_n是n个粒子数的总体概率函数，Q_ns是最优概率区间，s是介于Q_n大小区间内的一个阈值。优选地，在核磁共振中的量子态和磁光夹角，以电子由于受到激发光的激发，从低能级向高能级跃迁，又从高能级回落到原低能级时，释放的光子，以此光子的概率分布作为拉曼光谱信号的概率分布的步骤。优选地，依据检测物中全部特定质子在核磁共振中的量子态和磁光夹角，计算拉曼光谱信号的概率分布的步骤。

在实际设计中，本发明中的公式只是表达方式中的一种，在不同的学术流派中，会有不同的公式列写方式，也均包含在本发明之中。业内中级设计人员应该能够通过参考公知共用的资料予以采用。

2.9、磁光联合校准

R_nm(t)＝k·Q_n 9.1

4、受特定质子原子结构的影响，比例系数k也将略有不同。

这里补充说明和强调的是，这里的S3200步骤是一种优选项，而非是必选项。在一些应用中，由于只需要采用量子磁光函数就能够达到满意的测量时，为了简化和降低成本，可以无需采用S3200步骤。

2.10、离轴方式

优选地，离轴最优特征光谱是指在包括在离轴特征光谱中特征峰位置重复性最好和特征峰数值最大的离轴特征光谱，此时的激发光夹角和收集散射光夹角分别为最优激发光夹角和最优收集散射光夹角。实施例二、基于医药食品无损检测的同轴量子磁光传感方法

1、简介

本实施例是本发明的一种基于医药食品的无损检测的实施例。由于它的结构和系统的复杂度相对于离轴方式简单很多，因此可设计成低成本小体积的便捷式移动检测设备，用于医药和食品的现场检测。由于不采用离轴方式，省去了由于离轴工作，而增加了方法的复杂度，从而节省了成本，减小了复杂程度。需要强调的是，本实施例只是一种选项的举例，并不是对于本发明的限定。

采用同轴方法设计系统的前提条件是建立在对于检测物已经知道了其磁光夹角的前提下的，也就是说，此前已经通过计算或实际检测，获知了最优磁光夹角。

此外，由于同轴方式的第一夹角和第二夹角是重合的，所以对于一些特定质子，获得优化磁光夹角的可能性将大大减小。

2、示图说明

本实施例内容主要包括由以下附图构成，它们是：图1、图2、图5、图6、图7、图9、图10，并参考图3、图4和图11。

3、差异化说明

与实施例一相同之处这里不予复述，不同之处在于：本实施例采用的是同轴方式激发和采集拉曼光谱，即由图8改为图7，取消图11。

其它差异化说明如下：

在这里，同轴磁光夹角可以依据所检测的检测物属性，既可以设计成为可调的，还可以设计成为固定的。

进一步的，S5020步骤，计算同轴夹角函数的极值，建立与已知检测分子含量的检测物的特征磁谱的对应关系表，作为依据同轴夹角函数的极值、特征磁谱查取对应关系表获取检测分子含量的查表法的步骤。

进一步的，S5030步骤，计算同轴夹角函数的极值，并获取特征磁谱，采用计算法获取检测分子含量的步骤。

之所以采用同轴方式，是因为以下原因：

1、一些包含特定质子的检测分子，其拉曼散射光的产生的高概率角度与激发光的入射角度近似于负180 度，此时同轴模式依然可以采集到足够份量的散射光；

2、检测物中检测分子的含量浓度足够高，无需再提高检测灵敏度；

3、基于成本、体积和简化的角度考虑。

Claims

1.量子磁光传感方法，包括：

S1000：在主磁场中，对包括有特定质子的检测物用激发射频磁场施加核磁共振的步骤；

S2000：在所述核磁共振中，对所述检测物以特定波长的激发光施加拉曼光谱激发，采集散射光中拉曼光谱信号，计算包括所述特定质子的检测分子在所述核磁共振下的拉曼光谱，即核磁共振光谱的步骤；

S3000：依据所述特定质子的波函数分布概率与拉曼散射光采集概率的量子磁光函数，或，依据实际测量的测量值，计算所述核磁共振光谱，计算在所述检测物中所述检测分子的含量的步骤；

所述核磁共振包括共振过程和/或弛豫过程；

所述核磁共振光谱，在所述共振过程中包括共振光谱，所述弛豫过程中包括弛豫光谱。

2.根据权利要求1所述的量子磁光传感方法，其具体步骤包括通过测量获取或设定获取最优磁光夹角，以获取最优核磁共振光谱，计算所述检测分子含量的步骤：

S4100：所述通过测量获取最优磁光夹角，包括：

S4111：调整磁光夹角，执行所述S2000步骤，当所述核磁共振光谱达到最优核磁共振光谱时，以此所述磁光夹角为最优磁光夹角的步骤，所述最优核磁共振光谱，具体包括S4112或S4113或S4114或S4115或它们的任意组合，它们是：

S4112：在所述核磁共振光谱中一个以上指定位置的信号幅度最大或最小；

S4113：在所述核磁共振光谱中一个以上指定位置的所述信号幅度与另外一个以上指定位置的所述信号幅度的比值最大或最小；

S4114：所述核磁共振光谱中出现的波峰个数大于特征个数，所述特征个数是与所述检测分子有关联的数值；

S4115：在调整所述磁光夹角的全部范围中，所述核磁共振光谱中出现的波峰个数最多；

记录此时获得的所述最优磁光夹角为已知最优磁光夹角；

或，

S4200：所述通过设定获取最优磁光夹角，具体包括：依据已知最优磁光夹角来设定磁光夹角，将此时获取到的所述核磁共振光谱指定为所述最优核磁共振光谱的步骤；

S4300：依据所述最优核磁共振光谱，计算在所述检测物中所述检测分子含量的步骤；

所述主磁场采用永磁铁或电磁铁方式产生，所述电磁铁包括直流线圈电磁铁和超导体线圈电磁铁；

所述磁光夹角，包括所述主磁场方向与所述激发光方向的第一夹角和所述主磁场方向与所述散射光方向之间的第二夹角；

所述调整磁光夹角的方式包括结构固定模式、手动调整模式和自动调整模式。

3.根据权利要求2所述的量子磁光传感方法，其特征在于所述S1000步骤，还包括S1100采集核磁共振信号的步骤，具体是：

S1110：所述施加核磁共振的步骤，具体包括：以所述主磁场为垂直方向，布置所述激发射频磁场与所述主磁场垂直并且在同一个检测区的水平方向，放置所述检测物于所述检测区，调整所述激发射频磁场的频率和强度，使得所述特定质子产生所述核磁共振的步骤，所述特定质子包括在所述检测物中的检测分子中和/或干扰分子中；

S1120：在所述激发射频磁场工作时采集包括频率、幅度、宽度的共振信号的步骤；

S1130：在所述激发射频磁场从停止直到所述特定质子恢复常态为止的过程中的水平方向采集包括频率、幅度、宽度和弛豫时间的水平弛豫信号的步骤；和/或，

S1140：在所述激发射频磁场从停止直到所述特定质子恢复常态为止的过程中的垂直方向采集包括频率、幅度、宽度和弛豫时间的垂直弛豫信号的步骤。

4.根据权利要求3所述的量子磁光传感方法，其特征在于所述S1000步骤，还包括S1200计算特征磁谱的步骤，具体是：

S1210：依据所述水平弛豫信号，计算所述特征磁谱的步骤，计算方法包括公式4.1和/或公式4.2，或，

S1220：依据所述水平弛豫信号和所述垂直弛豫信号，计算所述特征磁谱的步骤，计算方法包括公式4.3和公式4.1和/或公式4.2；或，

S1230：依据所述水平弛豫信号，针对所述检测分子和所述干扰分子，计算所述特征磁谱，所述检测分子的计算方法包括公式4.1和/或公式4.2，所述干扰分子的计算方法包括公式4.4和/或公式4.5；或，

S1240：依据所述水平弛豫信号和所述垂直弛豫信号，针对所述检测分子和所述干扰分子，计算所述特征磁谱，所述检测分子的计算方法包括公式4.3和公式4.1和/或公式4.2，所述干扰分子的计算方法包括公式4.6和公式4.4和/或公式4.5；

S1250：计算化学位移的自由感应衰减的步骤，计算方法包括公式4.7和公式4.8和公式4.9和傅里叶变换公式4.10；

其中：

NMR_x1是所述检测分子中核磁化强度矢量中水平弛豫过程中的x轴分量，

NMR_y1是所述检测分子中核磁化强度矢量中所述水平弛豫过程中的y轴分量，

NMR_z1是所述检测分子中核磁化强度矢量中垂直弛豫过程中的分量，

NMR_x2是所述干扰分子中核磁化强度矢量中所述水平弛豫过程中的x轴分量，

NMR_y2是所述干扰分子中核磁化强度矢量中所述水平弛豫过程中的y轴分量，

NMR_z2是所述干扰分子中核磁化强度矢量中所述垂直弛豫过程中的分量，

γ是磁旋比，B₁是所述激发射频磁场的磁化强度，ω是所述激发射频磁场的角频率，ω₀是核磁共振角频率，M₀是恒定主磁场的磁化强度，

公式4.10中，实部代表所述核磁共振吸收峰信号线形，i表示虚部，代表所述核磁共振色散信号线形，t是任意时刻，

T₁是垂直弛豫时间，

T₂是水平弛豫时间，

T₂₁是所述检测分子的水平弛豫时间，

T₁₁是所述检测分子的垂直弛豫时间，

T₂₂是所述干扰分子的水平弛豫时间，

T₁₂是所述干扰分子的垂直弛豫时间，

F(ω)是所述化学位移的傅里叶函数。

5.根据权利要求4所述的量子磁光传感方法，其特征在于所述S1000步骤，还包括S1300磁谱梯度列表法和S1400磁谱直接计算法计算所述检测分子的含量的步骤，具体包括：

S1300：所述磁谱梯度列表法，包括S1310至S1350步骤，具体包括：

S1310：检测所述检测物和干扰物的纯物质梯度浓度的溶液，获取所述特征磁谱，记入特征数据库的步骤；

S1320：检测所述检测物和所述干扰物的混合物梯度浓度，获取所述特征磁谱，记入所述特征数据库的步骤；

S1330：依据所述特征数据库中所述纯物质梯度浓度和所述混合物梯度浓度，采用深度学习的算法，计算物质混合比和误差的对应表，记入所述特征数据库的步骤；

S1340：检测未知的所述检测物的所述特征磁谱，依据所述对应表，计算所述物质混合比和所述误差的步骤；

S1350：计算所述检测物的份量和所述物质混合比和所述误差，计算所述检测分子的所述含量和包括的误差的步骤；

S1400：所述磁谱直接计算法至少包括：

S1410：检测未知的所述检测物的所述特征磁谱步骤；

S1420：依据所述化学位移的自由感应衰减，计算所述检测分子的所述含量和包括的误差的步骤。

6.根据权利要求5所述的量子磁光传感方法，其特征在于所述S2000步骤具体包括：

S2100：采用窄带带通滤光镜过滤由发光器发出的光线，放行所述特定波长的光线为所述激发光、阻止非所述特定波长的光线通过的步骤，其中，所述发光器包括单频单路发光器工作模式和近频差分双路发光器工作模式，所述窄带带通滤光镜，其带通宽度小于所述特定波长的1％；

S2200：控制所述激发光的照射启停时间，使得所述激发光形成光斑照射到所述检测物上产生散射光的步骤；

S2300：收集所述光斑处的所述散射光，并且分解所述散射光为由斯托克斯散射光或反斯托克斯散射光或布里渊散射光的所述拉曼光谱信号的步骤，具体包括以下S2310、S2320、S2330中一种或多种的组合：

S2310：由低通滤光镜放行其中的波长大于所述特定波长的散射光为所述斯托克斯散射光，阻止波长小于等于所述特定波长的所述散射光的步骤；

S2320：由高通滤光镜放行其中的波长小于所述特定波长的散射光为所述反斯托克斯散射光，阻止波长大于等于所述特定波长的所述散射光的步骤；

S2330：由双带通滤光镜放行所述布里渊散射光的波长通过，阻止所述激发光和所述斯托克斯散射光和所述反斯托克斯散射光的波长的光线通行的步骤；

S2400：汇聚所述斯托克斯散射光或所述反斯托克斯散射光或布里渊散射光，通过狭缝，经光路整形，由分光镜分光，采用光电传感器检测出分光信号，由积分算法产生拉曼光谱信号的步骤；

S2500：依据所述检测分子的固有特征光谱，在所述拉曼光谱信号中计算所述检测分子的所述特征光谱的步骤，所述固有特征光谱和所述在所述拉曼光谱信号中计算所述检测分子的所述特征光谱包括特征峰编号、所述特征峰位置和所述特征峰数值；或，

S2600：采用所述近频差分双路发光器工作模式用于消除荧光，获取所述特征光谱的步骤，所述近频差分双光路发光器是指两路发光器所发出的所述激发光频率相差小于2％；所述近频差分双路发光器工作模式具体包括依据两路发光器所获得的2路所述拉曼光谱信号，采用差分算法计算直接获得所述特征峰位置和所述特征峰数值；或，

S2700：采用所述激发光的光轴与收集的所述散射光的光轴在同一个光轴的同轴方式和/或所述激发光的光轴与收集的所述散射光的光轴不在同一个光轴的离轴方式，执行所述S2100至所述S2500的步骤，获取所述特征光谱的步骤；或，

S2800：关闭所述主磁场，执行所述S2100至所述S2500和所述S2700的步骤，获取所述特征光谱的步骤；

所述离轴方式，是指所述激发光的光轴和所述散射光的光轴对于临近所述检测物的光路，不在同一个光轴，并且所述主磁场方向与所述激发光方向夹角，和，所述主磁场方向与所述散射光方向的夹角分别可调或指定角度的工作方式；

所述同轴方式，是指所述激发光的光轴和所述散射光的光轴对于临近所述检测物的光路，在同一个光轴，并且所述主磁场方向与所述激发光方向夹角，和，所述主磁场方向与所述散射光方向的夹角相同并且可调或指定角度的工作方式；

计算公式包括：

公式6.1为量子能级跃迁概率函数，公式6.2为包括所述特定质子和所述检测分子化学键的入射光作用于带电粒子产生的受激振荡电偶极矩函数，公式6.3是分解函数，公式6.4是瑞丽散射的函数，公式6.5是斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.6是反斯托克斯拉曼散射的函数，公式6.7是拉曼光谱函数，公式6.8是完整的一组所述拉曼光谱信号函数，

p_s(t)＝α·E(t) 6.2

p_s，k＝p₁+p₂+p₃ 6.3

p₁＝α₀·E₀cosω₀t 6.4

RM＝f_6.6(C，S，W) 6.7

其中，

R_nm为所述能级跃迁概率，ω_nm为电磁波频率，H′_nm为所述磁场的磁化强度，p_s(t)为入射光作用于带电粒子产生的受激振荡电偶极矩，所述带电粒子包括原子和化学键，a为极化率，E(t)为入射光电场强度，p_s,k为分解函数，p₁为瑞丽散射函数，p₂为斯托克斯拉曼散射函数，p₃为反斯托克斯拉曼散射函数，k为介质内的振动，

为介质内振动频率，C为所述检测分子的浓度，S为获取拉曼数据次数的监测序号，W为所述拉曼光谱的位移值，t为任意时刻。

7.根据权利要求6所述的量子磁光传感方法，其特征在于所述S2000步骤，还包括S2900光谱梯度列表法和S2A00光谱直接计算法计算所述检测分子的含量的步骤，具体包括：

S2910：检测所述检测物和干扰物的纯物质梯度浓度的溶液，获取所述特征光谱，记入特征数据库的步骤；

S2920：检测所述检测物和所述干扰物的混合物梯度浓度，获取所述特征光谱，记入所述特征数据库的步骤；

S2930：依据所述特征数据库中所述纯物质梯度浓度和所述混合物梯度浓度，采用深度学习的算法，计算物质混合比和误差的对应表，记入所述特征数据库的步骤；

S2940：检测未知的所述检测物的所述特征光谱，依据所述对应表，计算所述物质混合比和所述误差的步骤；

S2950：计算所述检测物的份量和所述物质混合比和所述误差，计算所述检测分子的所述含量和包括的误差的步骤；

S2A00：所述光谱直接计算法至少包括：

S2A10：检测未知的所述检测物的所述特征光谱步骤；

S2A20：依据所述特征光谱，计算所述检测分子的所述含量和包括的误差的步骤。

8.根据权利要求7所述的量子磁光传感方法，其特征在于，所述S3000步骤，还包括S3100步骤，具体还包括：

S3110：依据单个所述特定质子量子态的能量波函数，计算分布概率超过特定概率的方位角和仰角的最优概率区间的步骤；

S3120：在所述主磁场中，分别计算在以下4种状态时的所述方位角和所述仰角的所述概率区间的步骤，具体包括S3121至S3124中一种或多种组合：

S3121：所述核磁共振之前的静态最优概率区间；

S3122：所述核磁共振中的共振最优概率区间；

S3123：所述核磁共振中的所述水平弛豫时的水平弛豫最优概率区间；

S3124：所述核磁共振中的所述垂直弛豫时的垂直弛豫最优概率区间；

S3130：以所述激发光在所述检测物上形成的光斑位置作为基准点，以所述基准点处所在的区域内的全部所述特定质子量子态的所述能量波函数叠加，依照所述方位角和所述仰角调整所述磁光夹角，使得所述最优磁光夹角落在所述最优概率区间的步骤；

S3140：针对所述最优概率区间，收集所述散射光，分解所述拉曼光谱信号，计算所述核磁共振光谱，并以此作为所述最优核磁共振光谱的步骤；

S3150：依据所述最优核磁共振光谱，计算所述检测物中所述检测分子含量的步骤；

所述能量波函数的计算公式包括：

公式8.1为直角三维坐标下拉普拉斯算子，公式8.3为直角三维坐标下薛定谔方程，公式8.4为球极坐标系下拉普拉斯算子，公式8.5为球极坐标系下拉普拉斯方程，公式8.6为哈密顿算子，公式8.7为球极坐标系下薛定谔方程，公式8.8为粒子的波函数计算公式，公式8.9为粒子的概率密度的计算公式，公式8.10为n个量子数的总体概率函数，公式8.11是所述最优概率区间的计算公式，

|Ψ(x，t)|²＝|c1|ψ₁(x)|²+|c₂|²|ψ₂(x)|²+2|c₁c₂||ψ₁(x)ψ₂(x)|cos(ωt+δ) 8.9

其中，ψ₂(x)是粒子的波函数，|Ψ(x,t)|²是粒子的概率密度，c₁、c₂是复常数，t是任意时刻，ω是振荡频率，θ是方位角，φ是仰角，r是半径，δ是狄拉克冲击函数，n是量子数，|ψ_n(x)|²是第n个粒子的概率密度，Q_n是n个粒子数的所述总体概率函数，Q_ns是所述最优概率区间，s是介于Q_n大小区间内的一个阈值。

9.根据权利要求8所述的量子磁光传感方法，其特征在于还进行磁光联合校准的步骤，具体包括：

S3210：采用标准含量的所述检测物，检测、计算所述特征磁谱和所述特征光谱，与此前经过校准的所述特征磁谱和所述特征光谱相比较，以修改计算参数，校准所述特征磁谱和特征光谱的步骤；

S3220：采用标准含量的所述干扰物，检测、计算所述特征磁谱和所述特征光谱，与此前经过校准的所述特征磁谱和所述特征光谱相比较，以修改计算参数，校准所述特征磁谱和特征光谱的步骤；

S3230：采用标准比例的所述检测物和所述干扰物的混合物，检测、计算所述特征磁谱和所述特征光谱，与此前经过校准的所述特征磁谱和所述特征光谱相比较，以修改计算参数，校准所述特征磁谱和特征光谱的步骤；或，

S3240：所述修改计算参数，包括执行所述S3100，获得优化的特征光谱，以修改计算参数，校准所述特征磁谱和特征光谱的步骤；或，

S3250：对于所述最优概率区间，基于电子的所述量子能级跃迁概率函数与拉曼光子的所述总体概率函数之间呈现增函数关系，建立包括所述公式6.1和所述公式8.10的函数关系，或，公式9.1或公式9.2的函数关系，校准所述特征磁谱和特征光谱的步骤；

R_nm(t)＝k·Q_n 9.1

其中，k为比例系数，包括固定的常数和可变的比例函数。

10.根据权利要求9所述的量子磁光传感方法，其特征在于，所述量子磁光函数还包括所述同轴方式的计算步骤，具体包括：

S5010：针对所述检测物，采用所述同轴方式，调整所述磁光夹角，获取所述核磁共振光谱的数据，建立所述磁光夹角与所述核磁共振光谱对应的同轴夹角函数的步骤，所述磁光夹角的调整范围不超过从0度到180度；

S5020：计算所述同轴夹角函数的极值，建立与已知所述检测分子含量的所述检测物的所述特征磁谱的对应关系表，作为依据所述同轴夹角函数的极值、所述特征磁谱查取所述对应关系表获取所述检测分子含量的查表法的步骤；或，

S5030：计算所述同轴夹角函数的极值，并获取所述特征磁谱，采用计算法获取所述检测分子含量的步骤。

11.根据权利要求9所述的量子磁光传感方法，其特征在于，所述量子磁光函数还包括所述离轴方式的计算步骤，具体包括：

S5040：针对所述检测物，采用所述离轴方式，分别调整所述第一夹角和所述第二夹角，获取所述核磁共振光谱的数据，建立所述第一夹角与所述核磁共振光谱对应的离轴第一夹角函数，建立所述第二夹角与所述核磁共振光谱对应的离轴第二夹角函数的步骤，所述第一夹角和所述第二夹角的调整范围不超过从0度到180度；

S5050：计算所述离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值，建立与已知所述检测分子含量的所述检测物的所述特征磁谱的对应关系表，作为依据所述离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值、所述特征磁谱查取所述对应关系表获取所述检测分子含量的查表法的步骤；或，

S5060：计算所述离轴第一夹角函数和离轴第二夹角函数的极值，并获取所述特征磁谱，采用计算法获取所述检测分子含量的步骤。