一种拉曼光谱检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱检测领域，特别是一种拉曼光谱检测方法。
【背景技术】
[0002]拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家Chandrasekhara VenkataRaman发现的，并因此获得了 1930年的诺贝尔物理学奖。拉曼光谱作为一种物质分子结构的分析测试手段而被广泛应用，尤其是I960年第一台激光器问世以后，激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用，使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的进展。目前，拉曼光谱已广泛应用于石油、食品、农牧、高分子、制药、生物、医学等领域。
[0003]拉曼光谱仪工作原理如下:
当一束频率为V ^的单色光入射到固体、液体或气态介质时，会引起向四面八方辐射的微弱散射光。散射光中较强的是瑞利(Rayleigh)散射，其频率与入射光频率v ^相同，其强度和数量级约为入射光强的10_4?10 _3。除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率V与入射光频率有明显的变化:V = V ^土 I Λ V I，其强度约为瑞利散射的10_8?10 _6，为入射光强度的10_12?10-9。最强的也只是瑞利散射的10 _3，入射光强的10_6。其中瑞利线V ^长波一侧出现的拉曼散射线V = V Λ V I称为斯托克斯(Stokes)线；短波一侧出现的V = Vci+! Δ V I称为反斯托克斯(ant1-Stokes)线。由于波尔兹曼分布效应，斯托克斯线要比反斯托克线强一些。
[0004]拉曼散射线的频率是由入射光频率与分子固有的内部运动频率合成，所以也称为联合散射光。拉曼谱线的频率随入射光频率的变化而变化，但相对于入射光频率的频率差值(频移)△ V保持不变，且与入射光的频率无关，只与散射介质本身的分子结构有关。散射线的±| Λ V I相对于瑞利线是对称的，即斯托克斯线和反斯托克斯线关于瑞利线是对称的(如图1)。分子的振动、转动和自旋决定了不同的介质对应有不同的拉曼频移谱图。
[0005]现有的检测方法反应较慢，效率较低，并且准确率依然不够高，而且微弱的物质，如水，的拉曼峰则难以检测。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种拉曼光谱检测方法，
激发光源系统形成激发光，所述激发光经过所述激发光源系统中的扩束装置后，形成水平进入拉曼滤光片组的垂直侧的水平入射光，并形成从与所述拉曼滤光片组所述垂直侧相垂直的水平侧垂直射出的垂直出射光，经过高数值孔径显微物镜且聚焦在样品处的光斑，产生拉曼散射，经所述拉曼滤光片组滤光、后续聚焦处理后，拉曼信号进入单色仪系统进行分光处理，之后经单光子计数器接收，由所述单色仪系统和所述单光子计数器共同确定拉曼信号。
[0007]根据本发明【背景技术】中对现有技术所述，现有的检测方法较慢，效率较低，并且准确率依然不够高，而且拉曼信号微弱的物质，如水，的拉曼峰则难以检测；而本发明提供的拉曼光谱检测方法通过使用一侧接收水平入射光并在另一侧形成与入射光垂直的出射光的拉曼滤光片组、聚焦形成高强度激发光并激发样品形成拉曼信号，并使用单色仪与单光子计数器结合对拉曼信号进行检测的方法，具有速度快、效率准确度高以及可以检测出的拉曼信号微弱的物质，如水，的拉曼峰的效果。
[0008]另外，根据本发明公开的拉曼光谱检测方法还具有如下附加技术特征:
进一步地，所述显微物镜采用的是数值孔径为大于0.4的显微物镜，所述显微物镜的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10-6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。
[0009]进一步地，所述光斑辐射照度大于1.6 X 109W/m2。
[0010]进一步地，所述光斑的直径小于1.6um。由此，可以使激光能量能够更加集中，从而能够大大提高拉曼散射的激发光能量。在一个示例中，通过扩束镜进行7倍以上的扩束来实现上述光斑的聚焦。
[0011 ] 进一步地，所述聚焦处理使用管镜进行聚焦。
[0012]进一步地，所述拉曼光谱检测方法还包括成像调节处理，所述成像调节处理将经过所述拉曼滤光片组滤光和所述后续聚焦处理后形成的信号进行成像调节处理。
[0013]更进一步地，所述成像调节处理将聚焦处理后的信号成像于所述单色仪系统中的入射窄缝处。
[0014]更进一步地，所述成像调节处理中采用的是固体样品成像系统，所述固体样品成像系统包括推拉反射装置、CCD成像装置，所述推拉反射装置带有滑动装置，当固体样品需实现对焦，所述推拉反射装置移动至光路中，完成对焦后，所述推拉反射装置移出光路。
[0015]更进一步地，所述CCD成像装置中的CCD靶面到所述管镜的距离和所述单色仪系统中的入射狭缝到所述管镜的距离相等，这样可以轻松实现固体样品的对焦与检测，通过推拉反射镜巧妙的实现对焦与检测的转换。
[0016]进一步地，在所述聚焦处理后与所述成像调节之间，还包括一次或多次反射处理。
[0017]进一步地，在所述产生拉曼散射与所述经所述拉曼滤光片组滤光之间还包括采用所述显微物镜聚光处理步骤。
[0018]进一步地，所述拉曼滤光片组包括垂直放置的窄带滤光片、45°放置的二向分光系统以及水平放置的瑞利滤光片。
[0019]优选地，瑞利滤光片采用OD7瑞利滤光片。
[0020]进一步地，所述窄带滤光片为532nm、785 nm或488 nm窄带滤光片。
[0021]进一步地，所述拉曼光谱检测方法采用的是包括所述显微物镜的显微物镜系统，所述显微物镜系统采用复消色差平场无穷远金相显微物镜，所述显微物镜系统还包括管镜，所述拉曼滤光片组安装在所述显微物镜和所述管镜之间，所述样品受所述激发光产生的拉曼信号经所述显微物镜进行聚焦后，经所述拉曼滤光片组滤光，再经所述管镜聚焦后射出。
[0022]进一步地，所述单色仪系统的入射狭缝宽度为32-40um。
[0023]更进一步地，所述单色仪系统的入射狭缝宽度为35 um、32 um或40 um。
[0024]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0025]本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
图1是根据本发明实施例的拉曼光谱仪光路原理框图；
图2是根据本发明实施例的拉曼滤光片组的结构示意图
其中101为激发光源系统，102为扩束装置，201为拉曼滤光片组，301为显微物镜，302为管镜，401为样品，501为平面反射镜，601为推拉平面反射镜，701为CXD，801为单色仪系统，901为单光子计数器，2011为窄带滤光片，2012为二向分光系统，2013为OD7瑞利滤光片。
【具体实施方式】
[0026]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0027]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
[0028]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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发明中的具体含义。
[0029]下面将参照附图来描述本发明的拉曼光谱检测方法，其中图1是根据本发明实施例的拉曼光谱仪光路原理框图。
[0030]根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供的拉曼光谱检测方法，激发光源系统101形成激发光，激发光经过激发光源系统101中的扩束装置102后，形成水平进入拉曼滤光片组201的垂直侧的水平入射光，并形成从与拉曼滤光片组201垂直侧相垂直的水平侧垂直射出的垂直出射光，经过高数值孔径显微物镜301且聚焦在样品401处的光斑，产生拉曼散射，经拉曼滤光片组201滤光、后续聚焦处理后，拉曼信号进入单色仪系统801进行分光处理，之后经单光子计数器901接收，由单色仪系统801和单光子计数器901共同确定拉曼信号波长。
[0031]根据本发明的实施例，显微物镜301聚焦后辐射照度是聚焦前的250000倍。
[0032]根据本发明的一些实施例，显微物镜301采用的是数值孔径为大于0.4的显微物镜，显微物镜的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10_6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。
[0033]根据本发明的一些实施例，光斑福射照度大于1.6X 109W/m2。
[0034]根据本发明的一些实施例，光斑的直径小于1.6um。由此，可以使激光能量能够更加集中，从而能够大大提高拉曼散射的激发光能量。在一个示例中，通过扩束镜进行7倍以上的扩束来实现上述光斑的聚焦。
[0035]根据本发明的一些实施例，聚焦处理使用管镜302进行