[發明專利]一種用于液相實時檢測的便攜式激光拉曼光譜檢測裝置

在審

• 申請號: 202110394170.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112903662A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張程元喆;劉玉柱;彭浩辰;陸旭;徐凱迪;陳宇;張啟航
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種用于液相實時檢測的便攜式激光拉曼光譜檢測裝置，包括光譜檢測部分和液相流動循環部分；光譜檢測部分包括光纖光譜儀、單模激光器、激光拉曼探頭和第一光纖、第二光纖，通過第一光纖將單模激光器產生的單色光源耦合并傳輸至激光拉曼探頭處并聚焦至激光拉曼探頭所檢測的樣品中，樣品產生的非彈性散射譜線由激光拉曼探頭采集，采集到的非彈性散射譜線由激光拉曼探頭中的第二光纖耦合傳輸至光纖光譜儀中進行光譜分析；液相流動循環部分包括石英流動池、蠕動泵、樣品池、廢液收集池、手動開關閥及連接管道。本發明能夠實現拉曼光譜的高效準確自動化和智能化檢測與分析，能夠進行現場快速搭建和使用，環境適應能力較好。

技術領域

本發明涉及激光光譜探測技術領域，具體涉及一種用于液相實時檢測的便攜式激光拉曼光譜檢測裝置。

背景技術

激光拉曼光譜通過采集光通過分子產生的非彈性散射譜線以表征分子中化學鍵的振動方式。大部分經過分子或原子散射后的光線為瑞利散射(彈性散射)，其中光子的能量、頻率、波長、方向與入射光子相同。但仍有一部分光子在于介質分子作用后產生了能量交換，其出射頻率、方向等會產生變化，成為拉曼散射(非彈性散射)。分子在外場(電磁輻射場)中會產生感應偶極矩，其中分子化學鍵振動引起分子極化率改變的信息會反應在拉曼散射譜線中，分為斯托克斯線(介質吸收而導致的光子頻率減小)和反斯托克斯線(入射光子與振動量子結合導致的光子頻率增加)兩部分。通過將兩部分中的頻率變化差值轉為拉曼位移，這也是拉曼光譜記錄的物理參量之一。不同化學鍵振動在拉曼光譜中會顯示出不同的振動峰，不同物質的特征振動峰不同，使得拉曼光譜具有識別化學分子種類的功能。另一方面，拉曼光譜中的另一物理參量譜線峰強一定程度上能反映分子化學鍵的振動強度并能大致判斷其中該種類物質分子的含量。

激光拉曼光譜極大地解決了拉曼光譜信號弱，散射譜線雜亂，散射譜線較難采集等問題，大大提高了拉曼光譜的分辨率和檢測效率，使得其在液相檢測中有極廣的應用范圍和應用價值。

在激光拉曼光譜中，每一種物質分子都對應有其特殊的化學鍵振動特征峰，在激光拉曼光譜中，這相當于該物質分子獨一無二的“光譜指紋”。當然這也是將激光拉曼光譜技術應用到實際的液相分子物質檢測中的依據，但應用的前提是對“光譜指紋”提取以及其數據庫的建立。在單一物質檢測實驗結果的基礎上，與該物質分子的理論計算光譜結果進行校正和識別，能夠獲得“光譜指紋”。

目前激光拉曼光譜檢測裝置的應用主要分為實驗研究型和實際應用型2個方向，即其發展主要趨向于針對某一特殊需求而進行相關專業化設計和生產。這一趨勢讓激光拉曼光譜檢測裝置的專業性得到大幅提升，但也存在許多問題。應用專業性的增強導致光譜檢測裝置整體結構更加復雜化，適用范圍(包括檢測環境及檢測領域等)會受到嚴重限制，且不能實現對實驗樣本的實時監測，綜合檢測能力不足。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種用于液相實時檢測的便攜式激光拉曼光譜檢測裝置，提升激光拉曼光譜檢測技術在液相檢測方面的綜合檢測能力，一方面通過便攜式設計，使其同時適用于實驗室研究以及實際自然環境應用兩個不同環境中，在優化了整體結構的基礎上，降低其光譜檢測操作難度，以擴大其適用者類型范圍；另一方面，裝置一定程度上實現了液相檢測的自動化和智能化，能夠實現短時間內拉曼光譜的高效準確檢測與分析。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種用于液相實時檢測的便攜式激光拉曼光譜檢測裝置，包括光譜檢測部分和液相流動循環部分；

所述的光譜檢測部分包括光纖光譜儀、單模激光器、激光拉曼探頭和第一光纖、第二光纖，通過第一光纖將單模激光器產生的單色光源耦合并傳輸至激光拉曼探頭處并聚焦至激光拉曼探頭所檢測的樣品中，所述樣品產生的非彈性散射譜線激光拉曼探頭采集，采集到的非彈性散射譜線由激光拉曼探頭中的第二光纖耦合傳輸至光纖光譜儀中進行光譜分析；