拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法及装置与流程

本发明涉及光学测量技术领域，更具体地，涉及拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法及装置。

背景技术：

拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱仪通过检测待测物对于激发光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。

对于拉曼光谱仪而言，分辨率的单位为cm^-1，即波数分辨率。不同波数分辨率的拉曼光谱仪测量得到的被测试样的光谱曲线也有所区别，进而会导致得到的被测试样的参数不准确。由此，拉曼光谱仪的波数分辨率是评价拉曼光谱仪重要的技术指标。在一台拉曼光谱仪在使用前，需要对其波数分辨率进行标定，得到波数分辨率的正确值。

由于普通光谱仪的分辨率为波长分辨率，在现有技术中，通常采用低压汞灯发射出的原子谱线对普通光谱仪的波长分辨率进行标定，以普通光谱仪测量得出的光谱曲线半高宽作为其波长分辨率的指标。但是，由于拉曼光谱仪的分辨率是一种波数分辨率，光谱曲线在波数空间并非线性连续的。若仍然以拉曼光谱仪测量得出的光谱曲线半高宽作为其波数分辨率的指标，得出的波数分辨率将与实际结果产生差异，且差异的大小随着波数发生变化，进而使标定的结果不准确。

技术实现要素：

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法及装置。

一方面，本发明提供了一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法，包括：

通过待标定拉曼光谱仪采集高纯氖灯的检测光谱；

基于所述检测光谱计算所述待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，并在所述高纯氖灯的标准光谱上确定所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长，以及所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距；

根据所述预设波长处的波数分辨率与所述波数间距之间的差值，对所述待标定拉曼光谱仪在所述预设波长处的波数分辨率进行标定。

优选地，所述计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，具体为：

将所述第一峰值波长和所述第二峰值波长分别取倒数，并相减，得到所述波数间距。

优选地，所述基于所述检测光谱计算所述待标定拉曼光谱仪在所述预设波长处的波数分辨率，具体包括：

利用如下公式计算所述波数分辨率：

其中，v₂为所述待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，λ₂₁为所述检测光谱中所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的谱线的峰值波长，λ₂₂为所述检测光谱中所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的谱线的峰值波长。

优选地，所述标准光谱上所述第一峰值波长和所述第二峰值波长具体包括：702.405nm和703.241nm，723.519nm和724.517nm，753.577nm和754.404nm，748.887nm和749.210nm，867.949nm和868.192nm，878.062nm和878.375nm。

优选地，所述标准光谱上所述第一峰值波长和所述第二峰值波长还包括：440.930nm和441.322nm，442.852nm和442.863nm，471.007nm和471.206nm。

另一方面，本发明还提供了一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定装置，包括：高纯氖灯；

所述高纯氖灯设置在待标定拉曼光谱仪的光信号输入窗口一侧，所述高纯氖灯发出的光照射在所述待标定拉曼光谱仪上。

优选地，在所述待标定拉曼光谱仪与所述高纯氖灯之间设置有陷波滤光片，所述陷波滤光片用于阻止所述待标定拉曼光谱仪中激光光源发出的激光信号入射至所述高纯氖灯上。

优选地，在所述待标定拉曼光谱仪与所述高纯氖灯之间还设置有带通滤光片，所述带通滤光片用于使所述高纯氖灯发出的所述预设波长的光入射至所述待标定拉曼光谱仪。

优选地，所述待标定拉曼光谱仪的光信号输入窗口中心、所述陷波滤光片中心与所述高纯氖灯位于同一条直线上。

本发明提供的拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法及装置，通过采用高纯氖灯产生的标准光谱对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定，根据标准光谱确定预设波长左侧和右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长和第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，并且根据检测谱线计算待标定拉曼光谱仪的波数分辨率，根据波数分辨率与对应的波数间距之间的差值进行标定，可以同时实现不同预设波长处波数分辨率的多点标定。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定方法，包括：

S1，通过待标定拉曼光谱仪采集高纯氖灯的检测光谱；

S2，基于所述检测光谱计算所述待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，并在所述高纯氖灯的标准光谱上确定所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的第一峰值波长，以及所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距；

S3，根据所述预设波长处的波数分辨率与所述波数间距之间的差值，对所述待标定拉曼光谱仪在所述预设波长处的波数分辨率进行标定。

具体地，由于现有技术中普通光谱仪的分辨率均是波长分辨率，但是对于拉曼光谱仪来说，其分辨率为波数分辨率，由于波数为波长的倒数，使得拉曼光谱仪不能再采用波长分辨率的标定方法进行标定，必须采用适用于波数分辨率的标定方法。

所以本发明采用高纯氖灯对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定。由于高纯氖灯的标准光谱中存在大量的标准谱线，选取合适的标准谱线对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定。

具体方法是，首先通过已知标准光谱的高纯氖灯照射待标定拉曼光谱仪，得到高纯氖灯的检测光谱。基于检测光谱计算待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，同时在所述高纯氖灯的标准光谱上确定所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长，以及所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，并计算得到的波数分辨率与波数间距之间的差值，根据差值对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定。

本实施例中，通过采用高纯氖灯产生的标准光谱对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定，根据标准光谱确定预设波长左侧和右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长和第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，并且根据检测谱线计算待标定拉曼光谱仪的波数分辨率，根据波数分辨率与对应的波数间距之间的差值进行标定，可以同时实现不同预设波长处波数分辨率的多点标定。

在上述实施例的基础上，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，具体为：

将所述第一峰值波长和所述第二峰值波长分别取倒数，并相减，得到所述波数间距。

具体地，计算两条谱线之间的波数间距实际上是计算两条谱线的峰值波长之间相差多少个波数，由于波数是波长的倒数，所以在计算波数间距时，可直接利用两条谱线的峰值波长取倒数并进行相减，即可得到这两条谱线之间的波数间距。

具体计算公式如下：

其中，v₁为所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，λ₁₁为所述第一峰值波长，λ₂₁为所述第二峰值波长。由于波长的单位为nm，而波数分辨率的单位为cm^-1，所以在对波长取倒数时，分子是10⁷。

在上述实施例的基础上，所述基于所述检测光谱计算所述待标定拉曼光谱仪在所述预设波长处的波数分辨率，具体包括：

利用如下公式计算所述波数分辨率：

其中，v₂为所述待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，λ₂₁为所述检测光谱中所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的谱线的峰值波长，λ₂₂为所述检测光谱中所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的谱线的峰值波长。

在上述实施例的基础上，例如，(1)若预设波长为441.126nm，则可以选取峰值波长分别为440.930nm和441.322nm的两条标准谱线计算波数间距，440.930nm为第一峰值波长，441.322nm为第二峰值波长，得到第一峰值波长和第二峰值波长之间的波数间距为20.14cm^-1，进而用20.14cm^-1对441.126nm处的波数分辨率进行标定。但需要说明的是，预设波长在大于440.930nm、小于441.322nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。本发明不对预设波长的选取做具体限定。(2)若预设波长为442.858nm，则可以选取峰值波长分别为442.852nm和442.863nm的两条标准谱线计算波数间距，442.852nm为第一峰值波长，442.863nm为第二峰值波长，得到第一峰值波长和第二峰值波长之间的波数间距为0.56cm^-1。同时预设波长在大于442.852nm、小于442.863nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。(3)若预设波长为471.107nm，则可以选取峰值波长分别为471.007nm和471.206nm的两条标准谱线计算波数间距，471.007nm为第一峰值波长，471.206nm为第二峰值波长，得到第一峰值波长和第二峰值波长之间的波数间距为8.97cm^-1。同时预设波长在大于471.007nm、小于471.206nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。

在上述实施例的基础上，还例如，(4)若预设波长为702.823nm，则可以选取峰值波长分别为702.405nm和703.241nm的两条标准谱线计算波数间距，702.405nm为第一峰值波长，703.241nm为第二峰值波长，得到的波数间距为16.92cm^-1。同时预设波长在大于702.405nm、小于703.241nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。(5)若预设波长为724.018nm，则可以选取峰值波长分别为723.519nm和724.517nm的两条标准谱线计算波数间距，723.519nm为第一峰值波长，724.517nm为第二峰值波长，得到的波数间距为19.04cm^-1。同时预设波长在大于723.519nm、小于724.517nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。(6)若预设波长为749.049nm，则可以选取峰值波长分别为753.577nm和754.404nm的两条标准谱线计算波数间距，753.577nm为第一峰值波长，754.404nm为第二峰值波长，得到的波数间距为14.55cm^-1。同时预设波长在大于753.577nm、小于754.404nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线。(7)若预设波长为753.991nm，则可以选取峰值波长分别为748.887nm和749.210nm的两条标准谱线计算波数间距，748.887nm为第一峰值波长，749.210nm为第二峰值波长，得到的波数间距为5.76cm^-1。同时预设波长在大于748.887nm、小于749.210nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。(8)若预设波长为868.071nm，则可以选取峰值波长分别为867.949nm和868.192nm的两条标准谱线计算波数间距，867.949nm为第一峰值波长，868.192nm为第二峰值波长，得到的波数间距为3.22cm^-1。同时预设波长在大于867.949nm、小于868.192nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。(9)若预设波长为878.219nm，则可以选取峰值波长分别为878.062nm和878.375nm的两条标准谱线计算波数间距，878.062nm为第一峰值波长，878.375nm为第二峰值波长，得到的波数间距为4.06cm^-1。同时预设波长在大于878.062nm、小于878.375nm的区间范围内时也可以选取这两条标准谱线的峰值波长计算波数间距，并利用计算得到的波数间距标定预设波长处的波数分辨率。

由此可知，选取的高纯氖灯的两条标准谱线构成的标准谱线对之间的波数间距并不相同，因此可根据需要选取合适的标准谱线对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定，可以标定激光波长范围更广的拉曼光谱仪。

本实施例中，通过采用高纯氖灯产生的标准光谱对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定，采用的光路简单，同时可以实现不同预设波长处的波数分辨率的多点标定。

在上述实施例的基础上，本发明采用的高纯氖灯的纯度需要大于99％。

本发明另一实施例提供了一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定装置，包括：高纯氖灯；

所述高纯氖灯设置在待标定拉曼光谱仪的光信号输入窗口一侧，所述高纯氖灯发出的光照射在所述待标定拉曼光谱仪上。

具体地，操作流程与步骤与上述方法类实施例是一一对应的，本实施例在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，在所述待标定拉曼光谱仪与所述高纯氖灯之间设置有陷波滤光片，所述陷波滤光片用于阻止所述待标定拉曼光谱仪中激光光源发出的激光信号入射至所述高纯氖灯上。

具体地，陷波滤光片又称带阻或带抑制滤光片，它可以透过绝大多数波长的光，但是可以将特定波长范围的光衰减到非常低的水平。为防止待标定拉曼光谱仪中的激光光源发出的激光信号对高纯氖灯产生影响，在待标定拉曼光谱仪与高纯氖灯之间设置有陷波滤光片，以阻止待标定拉曼光谱仪中激光光源发出的激光信号入射至高纯氖灯上，降低误差。

在上述实施例的基础上，为使陷波滤光片充分发挥作用，将待标定拉曼光谱仪的光信号输入窗口中心、陷波滤光片中心与高纯氖灯位于同一条直线上。

在上述实施例的基础上，在所述待标定拉曼光谱仪与所述高纯氖灯之间还设置有带通滤光片，所述带通滤光片用于使所述高纯氖灯发出的所述预设波长的光入射至所述待标定拉曼光谱仪。

具体地，当只需要对待标定拉曼光谱仪在某一峰值波长处的波数分辨率进行标定时，为防止高纯氖灯光谱中其他谱线的干扰，可以随机选择大于该峰值波长的一个标准谱线对进行标定。所以需要利用带通滤光片使标准光谱中包含该标准谱线对的一段波长的光入射至待标定拉曼光谱仪，以对对待标定拉曼光谱仪在某一峰值波长处的波数分辨率进行标定。

在上述实施例的基础上，如图2所示，本发明一种拉曼光谱仪波数分辨率的标定装置，包括：检测光谱获取模块21、间距与分辨率计算模块22和标定模块23。其中，

检测光谱获取模块21用于通过待标定拉曼光谱仪采集高纯氖灯的检测光谱；

间距与分辨率计算模块22用于基于所述检测光谱计算所述待标定拉曼光谱仪在预设波长处的波数分辨率，并在所述高纯氖灯的标准光谱上确定所述预设波长左侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长，以及所述预设波长右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距；

标定模块23用于根据所述预设波长处的波数分辨率与所述波数间距之间的差值，对所述待标定拉曼光谱仪在所述预设波长处的波数分辨率进行标定。

具体地，本实施例中提供的各模块的作用与操作流程与上述方法类实施例是一一对应的，本实施例在此不再赘述。

本实施例中，通过检测光谱获取模块获取高纯氖灯的检测光谱，采用高纯氖灯产生的标准光谱对待标定拉曼光谱仪的波数分辨率进行标定，间距与分辨率计算模块根据标准光谱确定预设波长左侧和右侧与所述预设波长最邻近的谱线的第一峰值波长和第二峰值波长，计算所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之间的波数间距，并且根据检测谱线计算待标定拉曼光谱仪的波数分辨率，标定模块根据波数分辨率与对应的波数间距之间的差值进行标定，可以同时实现不同预设波长处波数分辨率的多点标定。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。