一種拉曼光譜檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜檢測領(lǐng)域，特別是一種拉曼光譜檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼光譜是一種散射光譜，它是1928年印度物理學(xué)家Chandrasekhara VenkataRaman發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得了 1930年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。拉曼光譜作為一種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的分析測試手段而被廣泛應(yīng)用，尤其是I960年第一臺激光器問世以后，激光光源的引入、微弱信號檢測技術(shù)的提高和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使拉曼光譜分析在許多應(yīng)用領(lǐng)域取得很大的進(jìn)展。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于石油、食品、農(nóng)牧、高分子、制藥、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
[0003]拉曼光譜儀工作原理如下:
當(dāng)一束頻率為V ^的單色光入射到固體、液體或氣態(tài)介質(zhì)時(shí)，會(huì)引起向四面八方輻射的微弱散射光。散射光中較強(qiáng)的是瑞利(Rayleigh)散射，其頻率與入射光頻率v ^相同，其強(qiáng)度和數(shù)量級約為入射光強(qiáng)的10_4?10 _3。除瑞利散射外還有拉曼散射，拉曼散射的散射光頻率V與入射光頻率有明顯的變化:V = V ^土 I Λ V I，其強(qiáng)度約為瑞利散射的10_8?10 _6，為入射光強(qiáng)度的10_12?10-9。最強(qiáng)的也只是瑞利散射的10 _3，入射光強(qiáng)的10_6。其中瑞利線V ^長波一側(cè)出現(xiàn)的拉曼散射線V = V Λ V I稱為斯托克斯(Stokes)線；短波一側(cè)出現(xiàn)的V = Vci+! Δ V I稱為反斯托克斯(ant1-Stokes)線。由于波爾茲曼分布效應(yīng)，斯托克斯線要比反斯托克線強(qiáng)一些。
[0004]拉曼散射線的頻率是由入射光頻率與分子固有的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)頻率合成，所以也稱為聯(lián)合散射光。拉曼譜線的頻率隨入射光頻率的變化而變化，但相對于入射光頻率的頻率差值(頻移)△ V保持不變，且與入射光的頻率無關(guān)，只與散射介質(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。散射線的±| Λ V I相對于瑞利線是對稱的，即斯托克斯線和反斯托克斯線關(guān)于瑞利線是對稱的(如圖1)。分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和自旋決定了不同的介質(zhì)對應(yīng)有不同的拉曼頻移譜圖。
[0005]現(xiàn)有的檢測方法反應(yīng)較慢，效率較低，并且準(zhǔn)確率依然不夠高，而且微弱的物質(zhì)，如水，的拉曼峰則難以檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，需要克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷中的至少一個(gè)，本發(fā)明提供了一種拉曼光譜檢測方法，
激發(fā)光源系統(tǒng)形成激發(fā)光，所述激發(fā)光經(jīng)過所述激發(fā)光源系統(tǒng)中的擴(kuò)束裝置后，形成水平進(jìn)入拉曼濾光片組的垂直側(cè)的水平入射光，并形成從與所述拉曼濾光片組所述垂直側(cè)相垂直的水平側(cè)垂直射出的垂直出射光，經(jīng)過高數(shù)值孔徑顯微物鏡且聚焦在樣品處的光斑，產(chǎn)生拉曼散射，經(jīng)所述拉曼濾光片組濾光、后續(xù)聚焦處理后，拉曼信號進(jìn)入單色儀系統(tǒng)進(jìn)行分光處理，之后經(jīng)單光子計(jì)數(shù)器接收，由所述單色儀系統(tǒng)和所述單光子計(jì)數(shù)器共同確定拉曼信號。
[0007]根據(jù)本發(fā)明【背景技術(shù)】中對現(xiàn)有技術(shù)所述，現(xiàn)有的檢測方法較慢，效率較低，并且準(zhǔn)確率依然不夠高，而且拉曼信號微弱的物質(zhì)，如水，的拉曼峰則難以檢測；而本發(fā)明提供的拉曼光譜檢測方法通過使用一側(cè)接收水平入射光并在另一側(cè)形成與入射光垂直的出射光的拉曼濾光片組、聚焦形成高強(qiáng)度激發(fā)光并激發(fā)樣品形成拉曼信號，并使用單色儀與單光子計(jì)數(shù)器結(jié)合對拉曼信號進(jìn)行檢測的方法，具有速度快、效率準(zhǔn)確度高以及可以檢測出的拉曼信號微弱的物質(zhì)，如水，的拉曼峰的效果。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明公開的拉曼光譜檢測方法還具有如下附加技術(shù)特征:
進(jìn)一步地，所述顯微物鏡采用的是數(shù)值孔徑為大于0.4的顯微物鏡，所述顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA可以為0.4以上。由于采用了大數(shù)值孔徑的顯微物鏡，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激發(fā)效率只有10-6甚至更低的拉曼信號探測得以實(shí)現(xiàn)并商用。
[0009]進(jìn)一步地，所述光斑輻射照度大于1.6 X 109W/m2。
[0010]進(jìn)一步地，所述光斑的直徑小于1.6um。由此，可以使激光能量能夠更加集中，從而能夠大大提高拉曼散射的激發(fā)光能量。在一個(gè)示例中，通過擴(kuò)束鏡進(jìn)行7倍以上的擴(kuò)束來實(shí)現(xiàn)上述光斑的聚焦。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述聚焦處理使用管鏡進(jìn)行聚焦。
[0012]進(jìn)一步地，所述拉曼光譜檢測方法還包括成像調(diào)節(jié)處理，所述成像調(diào)節(jié)處理將經(jīng)過所述拉曼濾光片組濾光和所述后續(xù)聚焦處理后形成的信號進(jìn)行成像調(diào)節(jié)處理。
[0013]更進(jìn)一步地，所述成像調(diào)節(jié)處理將聚焦處理后的信號成像于所述單色儀系統(tǒng)中的入射窄縫處。
[0014]更進(jìn)一步地，所述成像調(diào)節(jié)處理中采用的是固體樣品成像系統(tǒng)，所述固體樣品成像系統(tǒng)包括推拉反射裝置、CCD成像裝置，所述推拉反射裝置帶有滑動(dòng)裝置，當(dāng)固體樣品需實(shí)現(xiàn)對焦，所述推拉反射裝置移動(dòng)至光路中，完成對焦后，所述推拉反射裝置移出光路。
[0015]更進(jìn)一步地，所述CCD成像裝置中的CCD靶面到所述管鏡的距離和所述單色儀系統(tǒng)中的入射狹縫到所述管鏡的距離相等，這樣可以輕松實(shí)現(xiàn)固體樣品的對焦與檢測，通過推拉反射鏡巧妙的實(shí)現(xiàn)對焦與檢測的轉(zhuǎn)換。
[0016]進(jìn)一步地，在所述聚焦處理后與所述成像調(diào)節(jié)之間，還包括一次或多次反射處理。
[0017]進(jìn)一步地，在所述產(chǎn)生拉曼散射與所述經(jīng)所述拉曼濾光片組濾光之間還包括采用所述顯微物鏡聚光處理步驟。
[0018]進(jìn)一步地，所述拉曼濾光片組包括垂直放置的窄帶濾光片、45°放置的二向分光系統(tǒng)以及水平放置的瑞利濾光片。
[0019]優(yōu)選地，瑞利濾光片采用OD7瑞利濾光片。
[0020]進(jìn)一步地，所述窄帶濾光片為532nm、785 nm或488 nm窄帶濾光片。
[0021]進(jìn)一步地，所述拉曼光譜檢測方法采用的是包括所述顯微物鏡的顯微物鏡系統(tǒng)，所述顯微物鏡系統(tǒng)采用復(fù)消色差平場無窮遠(yuǎn)金相顯微物鏡，所述顯微物鏡系統(tǒng)還包括管鏡，所述拉曼濾光片組安裝在所述顯微物鏡和所述管鏡之間，所述樣品受所述激發(fā)光產(chǎn)生的拉曼信號經(jīng)所述顯微物鏡進(jìn)行聚焦后，經(jīng)所述拉曼濾光片組濾光，再經(jīng)所述管鏡聚焦后射出。
[0022]進(jìn)一步地，所述單色儀系統(tǒng)的入射狹縫寬度為32-40um。
[0023]更進(jìn)一步地，所述單色儀系統(tǒng)的入射狹縫寬度為35 um、32 um或40 um。
[0024]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拉曼光譜儀光路原理框圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拉曼濾光片組的結(jié)構(gòu)示意圖
其中101為激發(fā)光源系統(tǒng)，102為擴(kuò)束裝置，201為拉曼濾光片組，301為顯微物鏡，302為管鏡，401為樣品，501為平面反射鏡，601為推拉平面反射鏡，701為CXD，801為單色儀系統(tǒng)，901為單光子計(jì)數(shù)器，2011為窄帶濾光片，2012為二向分光系統(tǒng)，2013為OD7瑞利濾光片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“底”、“頂”、“前”、“后”、“內(nèi)”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0028]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“聯(lián)接”、“連通”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0029]下面將參照附圖來描述本發(fā)明的拉曼光譜檢測方法，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拉曼光譜儀光路原理框圖。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖1所示，本發(fā)明提供的拉曼光譜檢測方法，激發(fā)光源系統(tǒng)101形成激發(fā)光，激發(fā)光經(jīng)過激發(fā)光源系統(tǒng)101中的擴(kuò)束裝置102后，形成水平進(jìn)入拉曼濾光片組201的垂直側(cè)的水平入射光，并形成從與拉曼濾光片組201垂直側(cè)相垂直的水平側(cè)垂直射出的垂直出射光，經(jīng)過高數(shù)值孔徑顯微物鏡301且聚焦在樣品401處的光斑，產(chǎn)生拉曼散射，經(jīng)拉曼濾光片組201濾光、后續(xù)聚焦處理后，拉曼信號進(jìn)入單色儀系統(tǒng)801進(jìn)行分光處理，之后經(jīng)單光子計(jì)數(shù)器901接收，由單色儀系統(tǒng)801和單光子計(jì)數(shù)器901共同確定拉曼信號波長。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯微物鏡301聚焦后輻射照度是聚焦前的250000倍。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，顯微物鏡301采用的是數(shù)值孔徑為大于0.4的顯微物鏡，顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA可以為0.4以上。由于采用了大數(shù)值孔徑的顯微物鏡，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激發(fā)效率只有10_6甚至更低的拉曼信號探測得以實(shí)現(xiàn)并商用。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，光斑福射照度大于1.6X 109W/m2。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，光斑的直徑小于1.6um。由此，可以使激光能量能夠更加集中，從而能夠大大提高拉曼散射的激發(fā)光能量。在一個(gè)示例中，通過擴(kuò)束鏡進(jìn)行7倍以上的擴(kuò)束來實(shí)現(xiàn)上述光斑的聚焦。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，聚焦處理使用管鏡302進(jìn)行