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一種便攜式拉曼光譜儀的制作方法

文檔序號:6015057閱讀:534來源:國知局
專利名稱:一種便攜式拉曼光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種分析儀器,尤其涉及一種便攜式拉曼光譜儀。
背景技術(shù)
拉曼散射是光散射現(xiàn)象的一種,單色光束的入光光子與分子相互作用時可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞,在彈性碰撞過程中,光子與分子間沒有能量交換,光子只改變運動方向而不改變頻率,這種散射過程稱為瑞利散射。而在非彈性碰撞過程中,光子與分子之間發(fā)生能量交換,光子不僅僅改變運動方向,同時光子的一部分能量傳遞給分子,或者分子的振動和轉(zhuǎn)動能量傳遞給光子,從而改變了光子的頻率,這種散射過程稱為拉曼散射。拉曼譜線的數(shù)目、位移值的大小和譜帶的強度等都與物質(zhì)分子的振動和轉(zhuǎn)動有關(guān),這些信息都反映了分子的構(gòu)象及其所處的環(huán)境。拉曼光譜技術(shù)從物質(zhì)的分子振動光譜來識別和區(qū)分不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu),成為研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的有效手段。拉曼光譜的分析方法不需要對樣品進行前處理,也沒有樣品的制備過程,避免了一些誤差的產(chǎn)生,并且在分析過程中操作簡單、測定時間短、靈敏度高等優(yōu)點。目前,拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。拉曼光譜儀用于收集和檢測與入射光成直角的散射光,并對散射光光譜進行分析和處理,從而得出物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。但是由于拉曼信號很弱,要求精密復(fù)雜的光學(xué)裝置,不利于現(xiàn)場測量,而光學(xué)纖維的發(fā)展為光學(xué)儀器的設(shè)計開辟了新的工作方式,使光譜儀可以采取探頭和儀器主體分離的方式,簡化了光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),免除了繁瑣的調(diào)整過程,提高了使用的靈活性和可靠性,使拉曼光譜在線測量成為可能。這種用于在線測量的拉曼光譜就是便攜式拉曼光譜儀。當(dāng)前所流行的兩種探頭,一種是插入式探頭,原理上,由兩路并排排列的光纖構(gòu)成。使用時探頭直接浸入樣品,一路用于將激光傳送至樣品,另一路接收由樣品產(chǎn)生的散射光并將其傳回接收系統(tǒng)。另一種是外置式探頭,使用時探頭置于樣品之外,有兩路光纖, 激發(fā)光由一路光纖從光源傳至探頭,經(jīng)過探頭的光學(xué)系統(tǒng)和樣品容器的透光窗口會聚于樣品。來自于樣品的散射光被探頭收集并經(jīng)另一路光纖傳至接收系統(tǒng)。但上述兩種方式均存在問題,就是進行分析所需要的樣品量較大,這樣就又限制了拉曼光譜儀的應(yīng)用,也限制了便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述技術(shù)問題,設(shè)計開發(fā)了一種便攜式拉曼光譜儀。本發(fā)明中,將微區(qū)系統(tǒng)集成入拉曼光譜儀系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上形成了便攜式拉曼光譜儀。此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng),可以實現(xiàn)對樣品表面的微米級分析,大大降低了樣品量的需求;在僅使用主系統(tǒng)分析時,又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。因此,本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補充,可推動用于在線分析的便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
一種便攜式拉曼光譜儀,包括主系統(tǒng),其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊,其中,所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接;以及微區(qū)系統(tǒng),其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng),其中,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。 優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述主系統(tǒng)的激光器、分析模塊和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體內(nèi),所述激光探頭位于所述箱體外側(cè),其中,所述箱體在與所述樣品測試臺對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔,所述樣品測試臺通過所述狹長的孔與所述箱體的外部相通,所述箱體的一側(cè)還設(shè)置有顯示器,所述顯示器與所述第一成像模塊連接。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述箱體上方還設(shè)置有一提拉裝置。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀,還包括控制芯片,其中,所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片,所述主系統(tǒng)受所述控制芯片控制,所述激光器向所述激光探頭發(fā)出激光,所述分析模塊對拉曼信號進行采集和分析,所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖,并且,所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片,所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片控制,所述激光器向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出激光,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦于位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品,并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊,其中,所述掃描裝置連接于所述控制芯片,對位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品進行掃描,所述第二成像模塊連接于所述分析模塊,所述第二成像模塊還連接于所述控制芯片,所述第二成像模塊受所述控制芯片控制顯示拉曼譜圖,且所述箱體的顯示器也與所述第二成像模塊連接。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀,還包括電源芯片,所述電源芯片連接于所述控制芯片,同時連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng),聽述電源芯片受所述控制芯片控制,向所述主系統(tǒng)供電,或所述電源芯片受所述控制芯片控制,同時向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供電。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接,帶動所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)相對于所述樣品測試臺上下運動。優(yōu)選的是,所述的便攜式拉曼光譜儀,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述樣品測試臺連接,帶動所述樣品測試臺相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)上下運動。本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀,將微區(qū)系統(tǒng)集成入拉曼光譜儀系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上形成了便攜式拉曼光譜儀。此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng),可以實現(xiàn)對樣品表面的微米級分析,大大降低了樣品量的需求;在僅使用主系統(tǒng)分析時,又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。因此,本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補充,可推動用于在線分析的便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明,以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。如圖1和圖2所示,本發(fā)明提供一種便攜式拉曼光譜儀,包括主系統(tǒng),其包括有激光器3、激光探頭、分析模塊2和第一成像模塊,其中,所述激光器3、激光探頭、分析模塊 2和第一成像模塊依次連接;以及微區(qū)系統(tǒng),其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6,其中,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6連接于所述激光器3,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6還連接于所述分析模塊2,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺11。上述便攜式拉曼光譜儀就是在拉曼光譜主系統(tǒng)上集成了微區(qū)系統(tǒng)。上述主系統(tǒng)包含了激光器3、激光探頭、分析模塊2和第一成像模塊(未示出),并且,上述四部分依次連接。其中,第一成像模塊集成于分析模塊2內(nèi)部。使用主系統(tǒng)進行在線檢測時,激光器3生成的激光經(jīng)由激光探頭8照射于樣品表面,激光探頭同時對來自于樣品表面的散射光進行收集,并傳遞至分析模塊2對此拉曼信號進行采集和分析,分析結(jié)果經(jīng)由第一成像模塊以拉曼譜圖的形式顯示于顯示器15。上述分析過程主要是針對樣品量較大的情況,在樣品量較小時,則啟動微區(qū)系統(tǒng)。 使用微區(qū)系統(tǒng)時,激光器3所發(fā)生的激光進入顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的光路,承載有樣品的載玻片位于樣品測試臺7,顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6對激光聚焦,并將照射于樣品,樣品散射光再經(jīng)由顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6傳遞至分析模塊2,從而可對拉曼信號進行采集和分析,分析結(jié)果由第二成像模塊1以拉曼譜圖的形式顯示于顯示器15。顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6對激光具有聚焦功能, 縮小檢測區(qū)域,也就降低了對樣品量的需要。一般情況下,便攜式拉曼光譜儀不具備微區(qū)系統(tǒng),本發(fā)明的便攜式拉曼光譜儀集成了微區(qū)系統(tǒng),實現(xiàn)了對樣品表面的微米級檢測,使得便攜式拉曼光譜儀在現(xiàn)場檢測中的應(yīng)用更加廣泛。在一個實施例中,主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)的工作過程均依賴于控制芯片4。主系統(tǒng)所包含的激光器3、分析模塊2以及第一成像模塊均連接于控制芯片4,受控制芯片4的控制,激光器3向激光探頭發(fā)出激光,分析模塊2對來自于樣品的散射光進行采集和分析,而成像是依靠第一成像模塊實現(xiàn),通過第一成像模塊將拉曼譜圖顯示于顯示器15。通過控制芯片4控制微區(qū)系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。在一個實施例中,顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6 采用共焦顯微技術(shù)。因此,微區(qū)系統(tǒng)還含有掃描裝置,掃描裝置實現(xiàn)了對樣品的掃描觀測, 與共焦顯微技術(shù)一起,對樣品進行無損地分層掃描,達到“光學(xué)切片”的效果,對樣品進行三維的逐點、逐行、逐層的微區(qū)分析。通過顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的共焦針孔的拉曼信號,經(jīng)會聚, 至分析模塊2的單色儀的入口狹縫,由單色儀分光、成像,通過第二成像模塊1顯示為拉曼譜圖,形成所謂樣品物質(zhì)組分分布的“地形圖”。這其中,顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的工作過程的控制、掃描裝置的工作過程的控制、以及第一成像模塊與第二成像模塊之間的切換都是由控制芯片4實現(xiàn)。所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述主系統(tǒng)的激光器3、分析模塊2和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體13內(nèi),所述激光探頭位于所述箱體13外側(cè),其中,所述箱體13在與所述樣品測試臺11對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔12,所述樣品測試臺11通過所述狹長的孔12與所述箱體13的外部相通,所述箱體13的一側(cè)還設(shè)置有顯示器15,所述顯示器15與所述第一成像模塊連接。所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述箱體13上方還設(shè)置有一提拉裝置14。所述的便攜式拉曼光譜儀,還包括控制芯片5,其中,所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片5,所述主系統(tǒng)受所述控制芯片5控制,所述激光器3向所述激光探頭發(fā)出激光,所述分析模塊2對拉曼信號進行采集和分析,所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖,并且,所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片5,所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片5控制,所述激光器3向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6發(fā)出激光,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6將激光聚焦于位于所述樣品測試臺11 的載玻片上的樣品,并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊2。所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊1,其中,所述掃描裝置連接于所述控制芯片4,對位于所述樣品測試臺11的載玻片上的樣品進行掃描,所述第二成像模塊1連接于所述分析模塊2,所述第二成像模塊1還連接于所述控制芯片4,所述第二成像模塊1受所述控制芯片4控制顯示拉曼譜圖,且所述箱體13的顯示器15也與所述第二成像模塊1連接。所述的便攜式拉曼光譜儀,還包括電源芯片4,所述電源芯片4連接于所述控制芯片5,同時連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng),所述電源芯片4受所述控制芯片5控制,向所述主系統(tǒng)供電,或所述電源芯片4受所述控制芯片5控制,同時向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供 H1^ ο所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6連接,帶動所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6相對于所述樣品測試臺11上下運動。所述的便攜式拉曼光譜儀中,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述樣品測試臺11 連接,帶動所述樣品測試臺11相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6上下運動。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上,但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用,它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域,對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言,可容易地實現(xiàn)另外的修改,因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下,本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,包括主系統(tǒng),其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊,其中,所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接;以及微區(qū)系統(tǒng),其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng),其中,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器, 所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,所述主系統(tǒng)的激光器、分析模塊和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體內(nèi),所述激光探頭位于所述箱體外側(cè),其中,所述箱體在與所述樣品測試臺對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔,所述樣品測試臺通過所述狹長的孔與所述箱體的外部相通,所述箱體的一側(cè)還設(shè)置有顯示器,所述顯示器與所述第一成像模塊連接。
3.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,所述箱體上方還設(shè)置有一提拉裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,還包括控制芯片,其中,所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片,所述主系統(tǒng)受所述控制芯片控制,所述激光器向所述激光探頭發(fā)出激光,所述分析模塊對拉曼信號進行采集和分析,所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖, 并且,所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片,所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片控制,所述激光器向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出激光,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦于位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品,并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊,其中,所述掃描裝置連接于所述控制芯片,對位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品進行掃描,所述第二成像模塊連接于所述分析模塊,所述第二成像模塊還連接于所述控制芯片,所述第二成像模塊受所述控制芯片控制顯示拉曼譜圖,且所述箱體的顯示器也與所述第二成像模塊連接。
6.如權(quán)利要求4或5所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,還包括電源芯片,所述電源芯片連接于所述控制芯片,同時連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng),所述電源芯片受所述控制芯片控制,向所述主系統(tǒng)供電,或所述電源芯片受所述控制芯片控制,同時向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供電。
7.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接,帶動所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)相對于所述樣品測試臺上下運動。
8.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀,其特征在于,所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺,其與所述樣品測試臺連接,帶動所述樣品測試臺相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)上下運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式拉曼光譜儀,包括主系統(tǒng),其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊,其中,所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接;以及微區(qū)系統(tǒng),其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng),其中,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊,所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。本發(fā)明中,此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng),大大降低了樣品量的需求;在僅使用主系統(tǒng)分析時,又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補充,可推動便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。
文檔編號G01N21/65GK102313729SQ20111021701
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者吳紅彥, 紀軍, 袁丁, 趙喜 申請人:北京華泰諾安科技有限公司
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