CN205941369U - 拉曼系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种拉曼系统，包括激光器、光谱仪、拉曼探头、频谱观测装置以及表面增强拉曼散射装置。表面增强拉曼散射装置用于提高拉曼信号的信噪比，从而能够使得拉曼系统对待测样品中被测物质含量较低的物质也能够测出被测物质的拉曼光谱，以改善现有的拉曼系统无法在被测物质含量较低时，对被测物质的拉曼光谱进行观测的问题。

Description

拉曼系统

技术领域

本实用新型涉及测量工具领域，具体而言，涉及一种拉曼系统。

背景技术

拉曼系统能够通过获取物质的拉曼散射光谱，对应得到物质的分子结构信息。

现有的拉曼系统通常包括激光器、光谱仪、拉曼探头以及频谱观测装置。利用拉曼系统对样品进行拉曼散射光谱检测时，将拉曼探头对准被检测样品，频谱观测装置通过光谱仪获得被检测样品中，被测物质的拉曼图谱。

由于通过光谱仪获取的拉曼散射光谱的信号比较弱，故只有当被检测的样品中被测物质含量较高时，频谱观测装置才可以观测到被测物质的拉曼光谱。当被测物质含量较低时，频谱观测装置无法观测到被测物质的拉曼光谱。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种拉曼系统，以改善现有的拉曼系统无法在被测物质含量较低时，对被测物质的拉曼光谱进行观测的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种拉曼系统，包括激光器、光谱仪、拉曼探头、频谱观测装置以及表面增强拉曼散射装置，所述激光器的输出端与所述拉曼探头的第一端连接，所述光谱仪的输入端与所述拉曼探头的第二端连接，所述拉曼探头的第三端与所述表面增强拉曼散射装置相对应，所述光谱仪与所述频谱观测装置相连接。

优选地，上述的拉曼系统，还包括样品检测箱，所述样品检测箱的顶盖设置有用于所述拉曼探头的第三端通过的通孔，所述表面增强拉曼散射装置设置于所述样品检测箱的与所述顶盖相对的一侧。

样品检测箱内用于盛放上述的表面增强拉曼散射装置以及待测样品。由于可以将待测样品放置于样品检测箱内，故可以提供一个较黑的环境，有利于光线准确地传输。

优选地，上述的拉曼系统，所述表面增强拉曼散射装置包括表面增强拉曼基板以及表面增强拉曼散射层，所述表面增强拉曼散射层设置于所述表面增强拉曼基板的表面。

表面增强拉曼基板用于放置上述的表面增强拉曼散射层。表面增强拉曼散射层能够增强拉曼信号的信噪比，从而检测出待测物质。

优选地，上述的拉曼系统，所述表面增强拉曼散射层包括金属溶胶表面增强拉曼散射层、金属电极表面增强拉曼散射层以及金属岛膜表面增强拉曼散射层的一种或多种。

具体地，表面增强拉曼散射层可以包括金属溶胶表面增强拉曼散射层、金属电极表面增强拉曼散射层以及金属岛膜表面增强拉曼散射层的一种或多种。

优选地，上述的拉曼系统，所述表面增强拉曼散射装置还包括基座，所述基座的表面设置有凹槽，所述表面增强拉曼基板设置于所述基座的凹槽内，所述表面增强拉曼基板远离所述基座的表面设置有表面增强拉曼散射层。

表面增强拉曼散射装置还可以包括基座，基座的表面设置有凹槽，表面增强拉曼基板可以设置于所述基座的凹槽内。表面增强拉曼基板的远离基座的表面设置上述的表面增强拉曼散射层。

上述的设置于基座的表面的凹槽可以为一个，也可以为多个。凹槽的数量不应该理解为是对本实用新型的限制。表面增强拉曼基板的数量与上述的凹槽的数量一致。每个表面增强拉曼基板的表面均设置有表面增强拉曼散射层。

多个凹槽以及多个表面增强拉曼基板的设置，有利于对待测样品进行连续快速的拉曼光谱侦测。

优选地，上述的拉曼系统，所述表面增强拉曼散射层包括吸附材料层以及纳米金属层，所述表面增强拉曼基板的远离所述基座的表面设置有所述吸附材料层，所述吸附材料层的表面设置有所述纳米金属层。

上述的吸附材料层可以为聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride)吸附材料层，聚偏氟乙烯吸附材料层可以聚集并固定纳米金属。

上述的纳米金属可以为纳米金或纳米银。当然，纳米金属材料也可以为其他的金属材料，纳米金属层的具体材料不应该理解为是对本实用新型的限制。

优选地，上述的拉曼系统，所述聚偏氟乙烯吸附材料层的表面为均匀的粗糙表面。

均匀的粗糙表面更有利于聚集并固定纳米金属。

优选地，上述的拉曼系统，所述表面增强拉曼基板与基座的材料包括金属、石英、亚克力或玻璃的一种或几种。

表面增强拉曼基板与基座的材料可以为金属，也可以为石英，也可以为亚克力或玻璃材料，或者是上述几种材料的组合。表面增强拉曼基板以及基座的具体材料不应该理解为是对本实用新型的限制。

优选地，上述的拉曼系统，所述光谱仪包括准直镜、光栅、聚焦镜、滤光片以及与所述滤光片固定连接的探测器，所述准直镜与所述光栅位置相对，所述聚焦镜与所述滤光片位置相对，所述光栅与所述聚焦镜成预定的角度。

光线进入光谱仪后，先经过准直镜反射至光栅，光栅使光信号在空间上按波长分散为多条光束。光通过光栅分散为多条光束后被反射至聚焦镜，聚焦镜用于聚集色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中，每一项点对应于一特定波长。光线经聚焦镜聚集后通过所述滤光片射入所述探测器。探测器用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD阵列或其他种类的光探测器阵列。

本实用新型提供了一种拉曼系统，包括激光器、光谱仪、拉曼探头、频谱观测装置以及表面增强拉曼散射装置。表面增强拉曼散射装置用于提高拉曼信号的信噪比，从而能够使得拉曼系统对待测样品中被测物质含量较低的物质也能够测出被测物质的拉曼光谱，以改善现有的拉曼系统无法在被测物质含量较低时，对被测物质的拉曼光谱进行观测的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型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简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型第一实施例提供的拉曼系统的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的拉曼探头的结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例提供的光谱仪的内部结构示意图；

图4是利用本实用新型第一实施例中的拉曼系统检测到的三聚氰胺的拉曼图谱；

图5是本实用新型第二实施例提供的拉曼系统的基座的结构示意图；

图6是本实用新型第二实施例提供的拉曼系统的表面增强拉曼基板的剖面图；

图7是利用本实用新型第二实施例中的拉曼系统检测到的腹水细菌的拉曼图谱。

其中，附图标记汇总如下：

拉曼系统100；激光器110；

光谱仪120；滤光片121；准直镜122；聚焦镜123；光栅124；探测器125；

频谱观测装置130；

拉曼探头140；第一端141；第二端142；第三端143；

表面增强拉曼散射装置150；表面增强拉曼基板151；表面增强拉曼散射层152；吸附材料层1521；纳米金属层1522；

基座153；凹槽1531；

样品检测箱160；通孔161。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一实施例

详情请参见图1，图1示出了本实用新型第一实施例提供的拉曼系统100，所述拉曼系统100包括激光器110、光谱仪120、拉曼探头140、频谱观测装置130、表面增强拉曼散射装置150以及样品检测箱160。拉曼探头140分别与激光器110、光谱仪120以及样品检测箱160相连接，表面增强拉曼散射装置150设置于样品检测箱160的内部。光谱仪120还与频谱观测装置130相连接。

激光器110发出的激光的波长可以为532nm、630nm、785nm及1064nm。

拉曼探头140具体为Y型拉曼探头140，详情请参见图2，该拉曼探头140包括第一端141、第二端142以及第三端143。该拉曼探头140的第一端141与所述激光器110的输出端相连接，该拉曼探头140的第二端142与光谱仪120的输入端相连接，拉曼探头140的第三端143与样品检测箱160相配合，详情请参见图1。上述的第一端141以及第二端142均可以为SMA905光纤接头。

样品检测箱160的顶盖设置有用于上述的拉曼探头140的第三端143通过的通孔161，详情请参见图1，表面增强拉曼散射装置150则可以设置于样品检测箱160的底部，即与上述的通孔161相对的一侧。

光谱仪120可以包括准直镜122、光栅124、聚焦镜123、滤光片121以及与所述滤光片121固定连接的探测器125，详情请参见图3。所述准直镜122与所述光栅124位置相对，所述聚焦镜123与所述滤光片121位置相对，光栅124与聚焦镜123成预定的角度，所述预定的角度使得光可以从光栅124反射至聚焦镜123。光谱仪120具体可以通过USB接口与频谱观测装置130连接。

上述的准直镜122、光栅124、聚焦镜123、滤光片121以及与所述滤光片121固定连接的探测器125均可以设置于光谱仪120的外壳内，光谱仪120的外壳呈长方体状，长方体状外壳的长度为160毫米至200毫米，长方体外壳的宽度为100毫米至130毫米，长方体外壳的高度为35毫米至50毫米。

光线进入光谱仪120后，先经过准直镜122反射至光栅124。光栅124使光信号在空间上按波长分散为多条光束。光通过光栅124分散为多条光束后被反射至聚焦镜123。聚焦镜123用于聚集色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中，每一项点对应于一特定波长。光线经聚焦镜123聚集后通过所述滤光片121射入所述探测器125。滤光片121用于过滤其他色光，使特定色光通过。探测器125用于测量各波长像点的光强度。

该探测器125可以是CCD探测器或其他种类的光探测器。CCD探测器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。CCD探测器具有体积小，重量轻；功耗小，工作电压低；抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；灵敏度高，噪声低，动态范围大等特点。

CCD探测器从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。该探测器125具体可以为面阵CCD探测器。

表面增强拉曼散射装置150可以放置于样品检测箱160的底部，详情请参见图1。表面增强拉曼散射装置150可以包括圆柱形的表面增强拉曼基板151，以及设置于所述表面增强拉曼基板151的表面增强拉曼散射层152。其中，圆柱形的表面增强拉曼基板151的直径可以为1至50毫米。

所述表面增强拉曼基板151的材料可以为金属、石英、亚克力或玻璃中的一种或几种。所述表面增强拉曼散射层152包括金属溶胶表面增强拉曼散射层、金属电极表面增强拉曼散射层以及金属岛膜表面增强拉曼散射层的一种或多种。

其中，金属电极表面增强拉曼散射层中的金属电极可以为表面粗糙的金电极，银电极，铜电极，又或者为铁，锗，镍，铂等很多种金属及其合金电极。

金属溶胶表面增强拉曼散射层中的金属溶胶主要为金纳米溶胶或银纳米溶胶，其具有显著的拉曼散射光谱增强效果。

金属岛膜表面增强拉曼散射层可以为金纳米岛膜表面增强拉曼散射层或银纳米岛膜表面增强拉曼散射层，上述的纳米岛膜具有显著的拉曼散射光谱增强效果。

本实用新型第一实施例的工作原理为：

设置光谱仪120的参数，去除暗色的背景；把待测样品放置在设置于圆柱状的表面增强拉曼基板151的表面增强拉曼散射层152，然后滴上水珠。具体地，待测样品的容积为1至20μL，水珠的容积为1至20μL。然后将带有待测样品的表面增强拉曼基板151放置于上述的样品检测箱160的底部。打开激光器110并调整激光器110的参数，使拉曼探头140发出的光斑与水珠对焦。激光器110发出的激光依次经过第一端141、拉曼探头140、第三端143、水珠、待测样品、表面增强拉曼散射层152、水珠、第三端143、拉曼探头140、第二端142、光谱仪120至频谱观测装置130。

本实用新型第一实施例提供的拉曼系统100包括圆柱状的表面增强拉曼基板151以及设置于表面增强拉曼基板151表面的表面增强拉曼散射层152，由于表面增强拉曼散射层152的表面粗糙，具有特殊表面光学现象，能提高拉曼信号的信噪比，从而能够使得拉曼系统100对待测样品中被测物质含量较低的物质也能够测出被测物质的拉曼光谱。详情请参见图4，图4示出了利用上述原理以及第一实施例提供的拉曼系统检测到的三聚氰胺的拉曼图谱。

第二实施例

本实用新型第二实施例提供了一种拉曼系统100，第二实施例与第一实施例的区别在于：

表面增强拉曼散射装置150还包括基座153，详情请参见图5，基座153的表面可以设置有多个凹槽1531，表面增强拉曼基板151设置于基座153的凹槽1531内，表面增强拉曼基板151远离基座153的表面设置有表面增强拉曼散射层152。基座153顶面的面积具体可以为150平方厘米。上述的多个凹槽1531中的每个凹槽1531的边长可以为1.1厘米至2厘米。

上述的表面增强拉曼散射层152包括吸附材料层1521以及纳米金属层1522，详情请参见图6。所述表面增强拉曼基板151的表面设置有吸附材料层1521，吸附材料层1521的表面设置有纳米金属层1522。吸附材料层1521具体可以为聚偏氟乙烯吸附材料层。并且聚偏氟乙烯吸附材料层的表面为均匀的粗糙表面。

本实用新型第二实施例的工作原理为：将待测样品滴于上述的多个纳米金属层1522表面，然后调整激光器110参数，以使激光依次经过第一端141、拉曼探头140、第三端143、待测样品、纳米金属层1522、第三端143、拉曼探头140、第二端142、光谱仪120至频谱观测装置130，收集拉曼散射光谱呈现。

本实用新型第二实施例提供的拉曼系统100包括具有一个或多个凹槽1531的基座153，基座153可以承载一个或多个表面增强拉曼基板151，既可以对待测样品进行单一或连续的快速检测，也可以对连续分析的群体光谱资料进行统计分析。详情请参见图7，图7示出了本实用新型第二实施例提供的拉曼系统检测到的腹水细菌的拉曼图谱。

本实用新型提供了一种拉曼系统100，包括激光器110、光谱仪120、拉曼探头140、频谱观测装置130以及表面增强拉曼散射装置150。表面增强拉曼散射装置150用于提高拉曼信号的信噪比，从而能够使得拉曼系统100对待测样品中被测物质含量较低的物质也能够测出被测物质的拉曼光谱，以改善现有的拉曼系统100无法在被测物质含量较低时，对被测物质的拉曼光谱进行观测的问题。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种拉曼系统，其特征在于：所述拉曼系统包括激光器、光谱仪、拉曼探头、频谱观测装置以及表面增强拉曼散射装置，所述激光器的输出端与所述拉曼探头的第一端连接，所述光谱仪的输入端与所述拉曼探头的第二端连接，所述拉曼探头的第三端与所述表面增强拉曼散射装置相对应，所述光谱仪与所述频谱观测装置相连接。

2.根据权利要求1所述的拉曼系统，其特征在于：还包括样品检测箱，所述样品检测箱的顶盖设置有用于所述拉曼探头的第三端通过的通孔，所述表面增强拉曼散射装置设置于所述样品检测箱的与所述顶盖相对的一侧。

3.根据权利要求1所述的拉曼系统，其特征在于：所述表面增强拉曼散射装置包括表面增强拉曼基板以及表面增强拉曼散射层，所述表面增强拉曼散射层设置于所述表面增强拉曼基板的表面。

4.根据权利要求3所述的拉曼系统，其特征在于：所述表面增强拉曼散射层包括金属溶胶表面增强拉曼散射层、金属电极表面增强拉曼散射层以及金属岛膜表面增强拉曼散射层的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的拉曼系统，其特征在于：所述表面增强拉曼散射装置还包括基座，所述基座的表面设置有凹槽，所述表面增强拉曼基板设置于所述基座的凹槽内，所述表面增强拉曼基板远离所述基座的表面设置有表面增强拉曼散射层。

6.根据权利要求5所述的拉曼系统，其特征在于：所述表面增强拉曼散射层包括吸附材料层以及纳米金属层，所述表面增强拉曼基板的远离所述基座的表面设置有所述吸附材料层，所述吸附材料层的表面设置有所述纳米金属层。

7.根据权利要求6所述的拉曼系统，其特征在于：所述吸附材料层为聚偏氟乙烯吸附材料层。

8.根据权利要求7所述的拉曼系统，其特征在于：所述聚偏氟乙烯吸附材料层的表面为均匀的粗糙表面。

9.根据权利要求5所述的拉曼系统，其特征在于：所述表面增强拉曼基板与基座的材料包括金属、石英、亚克力或玻璃的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的拉曼系统，其特征在于：所述光谱仪包括准直镜、光栅、聚焦镜、滤光片以及与所述滤光片固定连接的探测器，所述准直镜与所述光栅位置相对，所述聚焦镜与所述滤光片位置相对，所述光栅与所述聚焦镜成预定的角度。