[發(fā)明專利]基于多波長激發(fā)的拉曼光譜的熒光消除方法

有效

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• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101692045A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚志湘;粟暉
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西工學(xué)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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 45113
• 代理人: 周小芹

【技術(shù)領(lǐng)域】：

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

【背景技術(shù)】：

拉曼光譜技術(shù)是一種非破壞性測試技術(shù)，它適用于物質(zhì)的各種物理形態(tài)，其應(yīng)用范圍包括材料、化工、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)保、考古、地質(zhì)，以致商貿(mào)和刑事司法等。光照射到物質(zhì)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(zhì)分子性質(zhì)有關(guān)的光，其中，拉曼光由分子振動和轉(zhuǎn)動導(dǎo)致的波長變化引起，熒光和磷光由物質(zhì)被入射光激發(fā)導(dǎo)致的能級躍遷釋放引起。對于拉曼光而言，熒光是最嚴(yán)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(shè)備過去一直比較昂貴，直到近年來激光技術(shù)發(fā)展成熟，特別是陣列感光元件的使用，才使得應(yīng)用取得突破性進(jìn)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(guī)律，通常遇到的物質(zhì)中，能夠吸收光子產(chǎn)生電子激發(fā)態(tài)的那些物質(zhì)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(shè)備成熟度和價格優(yōu)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(xiàn)，紫外可見拉曼將比近紅外拉曼具備更大的優(yōu)勢。

現(xiàn)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(yuǎn)不如拉曼光譜穩(wěn)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(yīng)用中，普遍采用的還是調(diào)整激發(fā)波長至不產(chǎn)生熒光區(qū)域，從而繞過熒光產(chǎn)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(xiàn)的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于多波長激發(fā)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(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種基于多波長激發(fā)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(chǎn)生的多個相近波長激發(fā)光照射到同一被測樣品上，依次激發(fā)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(qiáng)度為縱坐標(biāo)，激發(fā)光波長為原點，頻移波數(shù)為橫坐標(biāo)，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(jīng)過橫坐標(biāo)對齊和縱坐標(biāo)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(fā)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(shù)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(xiàn)拉曼光譜的熒光消除目的。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的激光光源采用半導(dǎo)體激光器，并采用控制半導(dǎo)體激光器溫度的方式調(diào)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(fā)明的基本原理是：

用激光照射被測材料會產(chǎn)生拉曼效應(yīng)和熒光效應(yīng)，在激光拉曼光譜中，熒光會對拉曼散射產(chǎn)生干擾。對于固定樣品，其熒光波長總是大于激發(fā)光波長，如果某一波長的激發(fā)光能夠激發(fā)熒光，該熒光的發(fā)射光譜形狀與激發(fā)波長無關(guān)，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(fā)光波長的斯托克斯散射，拉曼光譜的橫向坐標(biāo)通常采用“相對”于激發(fā)光波長偏移的波數(shù)，同一樣品，拉曼頻移“相對”于激發(fā)光波長是固定的。當(dāng)改變激發(fā)光波長時，熒光的形狀和位置不改變，而拉曼光譜隨激發(fā)光波長移動，但頻移波數(shù)不變。

本發(fā)明采用多個不同波長激光激發(fā)方式，利用熒光和拉曼光對激發(fā)光的不同響應(yīng)將熒光信號從混合信號中分離，達(dá)到消除熒光的目的。在不同波長激光激發(fā)的熒光和拉曼光中，相近激發(fā)波長不會導(dǎo)致熒光發(fā)射波長改變，但不同激發(fā)波長產(chǎn)生的拉曼遷移波數(shù)固定，即拉曼光譜的波長隨激發(fā)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(shù)方案，本發(fā)明之基于多波長激發(fā)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：