[發明專利]基于多波長激發的拉曼光譜的熒光消除方法

有效

• 申請號: 200910308976.4
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101692045A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 姚志湘;粟暉
• 申請（專利權）人: 廣西工學院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務所(普通合伙) 45113
• 代理人: 周小芹

【技術領域】：

本發明涉及一種化學分析和光電信號處理方法，特別是一種基于多波長激發的拉曼光譜的熒光消除方法。

【背景技術】：

拉曼光譜技術是一種非破壞性測試技術，它適用于物質的各種物理形態，其應用范圍包括材料、化工、生物醫學、環保、考古、地質，以致商貿和刑事司法等。光照射到物質上有三種去向，一部分被透射，一部分被吸收，還有一部分被反射或散射；散射光中包括與入射光波長相同的直接反射光，還包括部分與入射光波長不相同、波長變化與物質分子性質有關的光，其中，拉曼光由分子振動和轉動導致的波長變化引起，熒光和磷光由物質被入射光激發導致的能級躍遷釋放引起。對于拉曼光而言，熒光是最嚴重的干擾背景，有時會完全將拉曼光覆蓋，以致測量失敗。

拉曼光譜設備過去一直比較昂貴，直到近年來激光技術發展成熟，特別是陣列感光元件的使用，才使得應用取得突破性進展。但是由于熒光干擾，使得紫外可見光拉曼光譜的使用受到限制，作為一般規律，通常遇到的物質中，能夠吸收光子產生電子激發態的那些物質所占百分比隨增大波長而減小，因此，近紅外拉曼光譜在熒光背景方面所遇到的困難較小，目前近紅外拉曼光譜被更多推薦和采用。

但是陣列式感光元件在紫外可見段有更好的性能，在光譜分辨率、設備成熟度和價格優勢明顯，如果解決熒光背景問題，那么，無論是從儀器性能還是市場表現，紫外可見拉曼將比近紅外拉曼具備更大的優勢。

現有的熒光背景處理采用的是樣條擬合、傅里葉變換、小波變換等基線校正方法，基于基線校正方法，從原理上可以看出無法保證拉曼光譜純凈；也有采用熒光直接減除，但是熒光光譜遠不如拉曼光譜穩定，測量條件對光譜形狀有很大影響，很少有熒光光譜匯編，不具備實用價值。在實際應用中，普遍采用的還是調整激發波長至不產生熒光區域，從而繞過熒光產生的被動方法，然而，對于固定檢測范圍的微小型拉曼光譜儀是難以實現的解決方案。

【發明內容】：

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于多波長激發的拉曼光譜的熒光消除方法，該方法能方便、低成本、有效地消除熒光干擾，從而得到純凈的拉曼光譜。

本發明解決上述技術問題的技術方案是：一種基于多波長激發的拉曼光譜的熒光消除方法，該方法是通過激光光源依次產生的多個相近波長激發光照射到同一被測樣品上，依次激發出不同的、由熒光和拉曼光組成的混合光譜；光譜儀采集到各個混合光譜信號，以光強度為縱坐標，激發光波長為原點，頻移波數為橫坐標，對齊各混合光譜，通過全光譜積分值歸一化校正光譜信號幅度，得到經過橫坐標對齊和縱坐標幅度校正的光譜；然后，求取各混合光譜兩兩間差值，該差值即為熒光信號的差分值，差分步長為兩相互差減的混合信號的激發光波長之差，計算該差分值的逆差分，該逆差分除以差分步長得到的是熒光背景值與一個常數的和，最后從混合光譜中扣除該熒光背景值，即可分離出純凈的拉曼光譜，實現拉曼光譜的熒光消除目的。

本發明的進一步技術方案是：所述的激光光源采用半導體激光器，并采用控制半導體激光器溫度的方式調整激光波長。

所述的激光光源的波長漂移范圍控制在1～2nm之間。

本發明的基本原理是：

用激光照射被測材料會產生拉曼效應和熒光效應，在激光拉曼光譜中，熒光會對拉曼散射產生干擾。對于固定樣品，其熒光波長總是大于激發光波長，如果某一波長的激發光能夠激發熒光，該熒光的發射光譜形狀與激發波長無關，即熒光的波長處于“絕對”位置；而拉曼光譜目前總是取大于激發光波長的斯托克斯散射，拉曼光譜的橫向坐標通常采用“相對”于激發光波長偏移的波數，同一樣品，拉曼頻移“相對”于激發光波長是固定的。當改變激發光波長時，熒光的形狀和位置不改變，而拉曼光譜隨激發光波長移動，但頻移波數不變。

本發明采用多個不同波長激光激發方式，利用熒光和拉曼光對激發光的不同響應將熒光信號從混合信號中分離，達到消除熒光的目的。在不同波長激光激發的熒光和拉曼光中，相近激發波長不會導致熒光發射波長改變，但不同激發波長產生的拉曼遷移波數固定，即拉曼光譜的波長隨激發波長改變，此差異可用于熒光和拉曼信號的分離。

由于采用了上述技術方案，本發明之基于多波長激發的拉曼光譜的熒光消除方法具有以下有益效果：

1、方法合理，能有效地消除背景熒光：