[發明專利]一種基于物鏡信號采集的拉曼光譜儀

在審

• 申請號: 202010112423.8
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111175282A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 胡永勝;田康振;趙俊清;聶新明;田亞平
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸志斌

本發明公開了一種基于物鏡信號采集的拉曼光譜儀，可以對待測樣品進行準確的拉曼光譜測量。本發明包括激光器光源、拉曼光譜儀光路系統、色散系統以及信號處理系統組成。本發明的各個模塊之間高度耦合，尤其是基于物鏡信號采集的光路系統，可以有效增加拉曼信號收集的效率。而且本發明可以針對激光光源的瑞利散射干擾進行大幅度抑制，減少干擾以保證其高信噪比。根據本發明研發的拉曼光譜系統，極大簡化了常規拉曼光譜儀的光學系統同時保證較高的靈敏度。可用于生物、物理、化學以及醫藥方面的檢測和分析。

技術領域

本發明涉及一種光學檢測儀器領域，特別涉及一種基于物鏡信號采集的拉曼光譜儀。

背景技術

拉曼光譜（Raman spectra）是一種基于散射的光譜。拉曼光譜可以提供分子的振動、轉動等方面的結構信息。拉曼光譜在化學中常用于提供分子識別的結構指紋。它依賴于單色光的非彈性散射（拉曼散射），能量的轉移給出了系統中振動模式的信息。因此，拉曼光譜廣泛用于化學鑒定分子，研究化學鍵和分子內鍵。此外拉曼光譜用于表征材料、測量溫度和確定樣品的晶體取向等。在生物制藥工業中，拉曼光譜不僅可以用來鑒定活性藥物成分，而且還可以用來鑒定其多晶型。拉曼光譜結果通常不會受到水分子的干擾，因此其在生物學和醫學上有著廣泛的應用。例如應用拉曼光譜研究蛋白質的折疊狀態以及DNA中低頻集體運動及其生物學功能。在藝術品以及考古學中，拉曼光譜也是一種有效且非破壞性的研究方法。簡言之，拉曼光譜是無損測量、速度檢測、應用廣泛的檢測分析手段。

但是，自發拉曼散射通常非常弱，其強度一般小于入射光強的10^-6。因此拉曼光譜的主要困難在于將弱的非彈性散射光與強瑞利散射激光分開并且對于拉曼光譜有效采集。就拉曼光譜儀器本身而言，目前提高拉曼散射光收集效率的主要方法是采用共聚焦拉曼的方法。共聚焦拉曼是將拉曼光譜與顯微鏡相結合，可將激發光的光斑聚焦到微米量級，進而對樣品的微區進行精確分析。共聚焦拉曼價格昂貴且操作相對復雜。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于物鏡信號采集的拉曼光譜儀，可以對待測樣品進行準確的拉曼光譜測量。本發明的各個部分的集成程度更高，更容易縮小設備體積和重量。而且本發明基于物鏡信號采集可以大大提升拉曼信號采集效率。同時光路可以對雜散光進行嚴格的抑制，保證信噪比。

為實現上述目的，本發明采用以下技術手段：

一種基于物鏡信號采集的拉曼光譜系統，其特征在于，包括激光器光源、拉曼光譜儀光路系統、色散系統以及信號采集系統。

所述采激光器光源用于發出拉曼光譜激發光。

所述拉曼光譜儀光路系統用于將激發激光聚焦照射到待測樣品上，同時收集樣品上產生的拉曼散射光。

所述色散系統主要包括單色儀系統，通過單色儀配備的光柵系統將收集到的散射光將不同波長的光以不同的空間角衍射。

所述信號采集系統，通過電荷耦合器件Charge-coupled Device（CCD）將光學信號轉換為模擬電流信號，電流信號經過放大和模數轉換，實現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現。

進一步的，所述激光器采用波長為785 nm 穩頻半導體激光器，輸出功率為 0-100mW連續可調，線寬小于0.005cm^-1,模式為TEM00, 光斑直徑為1.5 mm。

進一步的，所述的拉曼光譜儀光路系統包括反射鏡，二向色鏡、邊通濾光片、物鏡。入射激光

經過反射鏡反射，再經過二向色鏡和物鏡聚焦在樣品上，照射樣品產生的散射光經物鏡收集，然后經過二向色鏡和邊通濾波片，邊通濾波片濾除其中的瑞利散射光，得到的拉曼散射光再經過透鏡匯聚，聚焦到單色儀狹縫處。