CN111562252A - 一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测*** - Google Patents
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Abstract
本申请的目的是提供一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，基于小频移激发荧光相近原理，依次用两束同轴波长相近的激光照射待测物的相同位置，得到拉曼信号不同，但荧光背景相同或相近的两个谱图，对两个谱图进行差分处理，获得消荧光拉曼光谱。通过波长可调的激光器或多激光器经激光合束器合束可以使不同波长的激光照射到待测物的相同位置，激光波长可以在紫外、可见光、近红外和红外波段进行选择。对不同属性待测物还可以采用光学组件、光纤或望远镜***对激光进行传导。该消荧光拉曼检测***避免了因检测位置及其他外界条件的不同而导致的检测误差；同时还能有效保留信号微弱的拉曼特征峰，提高拉曼检测的准确性。
Description
技术领域
本发明属于检测技术领域，特别涉及一种同轴双波长消荧光拉曼检测***。
背景技术
当一束光照射向待测物，散射光中会有一小部分与原光波频率不同，这种能反映分子振动、转动信息的小部分散射光被称为拉曼光，通过其组成的拉曼光谱的指纹峰能特异性地反映物质内部的化学键、官能团等信息，从而确定物质结构。拉曼光谱检测技术因其检测速度快、样品用量少等优点，目前已经广泛的应用于食药监测、公共安全、医疗卫生等领域，对于物质的定性定量分析和分子构型解析都具有重大的价值。
虽然拉曼光谱利用空间广泛，但由于其是一种微弱光信号，在检测过程中极易受比其信号强度高约106-108倍的荧光的干扰；即使采用特定的激发光波长(1064nm)来削弱物体的荧光效应，荧光背景的存在仍会干扰拉曼的分析，影响结果的准确性，甚至淹没拉曼信号。
根据荧光产生的原理：荧光光子能量是第一电子激发态的最低能级与基态各振转能级之间的能级差，因此在一定波长范围内，荧光光谱只与物质本身特性有关，不会随着入射光波长的变化而变化，即Kasha’s rule卡莎规则；而拉曼散射的光子能量等于入射光能量加(或减)分子振动能级差的能量，即拉曼光谱与激发光密切相关，紧随入射光波长的变化发生移动。根据两种光谱在激发光波长变化上的差异，采用两个波长相差很小的激光激发样品得到两幅散射谱，将两个散射谱相减便得到几乎不含荧光信号的拉曼光谱。
专利CN105510296A中提供的一种便携式消荧光拉曼光谱检测***，采用频移激发法基于侧向激发的双波长激光来消除荧光信号。
但该检测***使用的两束不同波长的激光照射待测物的不同位置，而由于拉曼光谱、荧光光谱的灵敏度都较高，不同位置的待测物因其浓度、形状等因素，会产生不同强度的拉曼光谱和荧光光谱，使得相减得到的差分谱中仍包含部分荧光背景干扰，不利于拉曼光谱的检测。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明设计了一种基于同轴双波长消荧光的拉曼光谱检测***，该***通过将波长相近的两束激光合束，保证入射激光能照射到待测物的相同位置。
所述的拉曼光谱检测***由波长可调激光器、光学组件、光谱仪组成，其中：所述的波长可调激光器在不同时刻发射的不同波长的激光经光学组件，照射到待测物同一位置；
另外一种结构，所述的拉曼光谱检测***由第一激光器、第二激光器、激光合束器、光学组件、光谱仪组成，其中：所述的第一激光器和第二激光器发射的激光经激光合束器合束出射，出射光再经光学组件，照射到待测物同一位置；
所述的待测物表面被激发的拉曼散射光经光学组件，传导至光谱仪以测量拉曼光谱。
进一步地，所述的激光波长可以在紫外、可见光、近红外和红外波段选择。
进一步地，所述的激光在到达待测物前可以通过在光路中添加扫描装置，实现多点测量。
进一步地，所述的激光可以通过自由空间光学组件聚焦到待测物进行测量。
进一步地，所述的激光可以通过光纤传导到待测物进行测量。
进一步地，所述的激光可以通过望远***聚焦到待测物进行测量。
进一步地，所述光学组件可以包括但不限于：二向色滤光片、光学透镜组、光纤等。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***。
通过波长可调激光器在不同时刻发射不同波长的激光，或通过依次将两束波长相近的激光经激光合束器合束后出射，再利用小频移激发荧光背景相同或相近的原理，将同一位置得到的两个不同波长的拉曼光谱图差分处理，减掉相同或相近的荧光背景，即可得到无荧光干扰的拉曼光谱图。
该***能保证两个波长相近的激光在同一环境条件下，照射到待测物的相同位置，避免了因检测位置不同及其他外界条件变化而导致的检测误差；该***提供的消荧光方法还能有效保留信号微弱的拉曼特征峰，提高拉曼检测的准确性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请一种实施例中一种基于波长可调激光器的同轴双波长消荧光拉曼检测***示意图；
图2：本申请一种实施例中一种基于多激光器合束的同轴双波长消荧光拉曼检测***示意图；
附图标记：波长可调激光器1，二向色滤光片2，光学透镜组3，待测物4，光谱仪5，第一激光器6，第二激光器7，激光合束器8。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果，但本发明不限于下述具体实施方法。
下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
图1，展示了本申请的一种基于波长可调激光器的同轴双波长消荧光拉曼检测***的具体工作方式和工作原理，该***由波长可调激光器，二向色滤光片2，光学透镜组3，待测物4，光谱仪5组成。
图2，展示了本申请的一种基于多激光器合束的同轴双波长消荧光拉曼检测***的具体工作方式和工作原理，该***由第一激光器6，第二激光器7，激光合束器8，二向色滤光片2，光学透镜组3，待测物4，光谱仪5组成。
由激光器发射的两束同轴波长相近的激光经过二向色滤光片2反射垂直射入待测物光学透镜组3，激光光线经光学透镜组3汇聚后照射到待测物4的同一位置，待测物4表面激发的拉曼散射光再经光学透镜组3汇聚后透过二向色滤光片2，最终集中传导至光谱仪5，光谱仪5得到了拉曼信号不同，但荧光背景相同或相近的两个谱图，对两个谱图进行差分处理，减掉荧光背景，以获取拉曼信号。
其中出射激光在二向色滤光片2上的反射位点为二向色滤光片的2中点；待测物4的检测位点、二向色滤光片2的中点均位于光学透镜组3的轴线上。
所述的激光波长可以在紫外、可见光、近红外和红外波段选择。
所述的激光在到达待测物前可以通过在光路中添加扫描装置，实现多点测量。
所述的激光可以通过光纤传导到待测物进行测量。
所述的激光可以通过望远***聚焦到待测物进行测量。
应用实例1：
如图1所示，一种基于波长可调激光器的同轴双波长消荧光拉曼检测***，包括：波长可调激光器1，二向色滤光片2，光学透镜组，3，待测物4，光谱仪5。波长可调激光器1采用东方闪光的型号为TUN-Ti-770-840的小功率可调谐脉冲钛宝石激光器，可以在770nm-840nm范围内调制激光波长。采用长富科技的F86-322二向色滤光片2，该滤光片能对波长为450nm-790nm的入射光反射，对814nm-1100nm的光透射。
调节波长可调激光器1依次发射780nm、785nm激光，经二向色滤光片2反射汇入光学透镜组3，光学透镜组3再将激光汇聚后照射到待测物4的同一位置。由待测物4表面激发的两种波长的拉曼散射光经光学透镜组3聚焦并透过二向色滤光片2传导至光谱仪5，光谱仪5接受的拉曼光信号在814nm-1100nm之间。光谱仪5内部将光信号转化为电信号，进行拉曼光谱分析。得到的激发光为780nm的拉曼光谱图与激发光为785nm的拉曼光谱图的荧光背景噪声基本一致，但拉曼峰位所在的波长位置明显发生改变，
将两幅图的数据进行差分运算，最终得到待测物6的消荧光拉曼光谱数据。
应用实例2：
如图2所示，一种基于多激光器合束的同轴双波长消荧光拉曼检测***，包括：780nm激光器6、785nm激光器7，能发射780nm激光和785nm激光；激光合束器8，采用波威科技的LightHUB紧凑激光合束器，该合束器能对375-830nm范围内的激光合束出射；二向色滤光片2同样采用长富科技制造，能对450nm-790nm波长反射、对814nm-1100nm的光透射。
两激光器通过传导光纤将激光传输入激光合束器8，出射的合束激光经二向色滤光片2反射、光学透镜组3聚焦后，依次照射到待测物4的同一位置上。
待测物4表面被激发的拉曼散射光经光学透镜组3汇聚后透过二向色滤光片2，聚焦在光谱仪5的光信号接收处，光谱仪5能接收到波长在814nm-1100nm范围内的拉曼散射光。
将光谱仪5分析得到的780nm和785nm光谱数据进行差分处理，即可得到待测物4在该位置的消荧光拉曼光谱图。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，两束同轴波长相近的激光照射待测物的同一位置，得到拉曼信号不同，但荧光背景相同或相近的两个谱图，对两个谱图进行差分处理，减掉荧光背景，以获取拉曼信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的两束激光可以是一个波长可调的激光器发射的不同波长的激光。
3.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的两束激光可以是两个激光器，或更多激光器合束组成。
4.根据权利要求3所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述两个或多个激光器发射的激光需要经过激光合束器合束后照射到待测物上。
5.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的激光可以在紫外、可见光、近红外和红外波段。
6.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的激光在到达待测物前可以通过在光路中添加扫描装置，实现多点测量。
7.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的激光可以通过自由空间光学组件聚焦到待测物进行测量。
8.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的激光可以通过光纤传导到待测物进行测量。
9.根据权利要求1所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述的激光可以通过望远***聚焦到待测物进行测量。
10.根据权利要求7所述的一种基于同轴双波长消荧光的拉曼检测***，其特征在于，所述光学组件可以包括但不限于：二向色滤光片、光学透镜组、光纤等。
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