[發明專利]一種快速檢測包裝容器內物質的拉曼光譜方法

有效

• 申請號: 202111169641.6
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113970539B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 黃梅珍;張超逸;孔麗麗;張燕;于新娜;邱鴻霖;李天林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種快速檢測包裝容器內物質的拉曼光譜方法，其特征在于，包括：

S1，對待檢測樣品進行物理建模，建立的模型為雙層介質模型，其中，上層介質代表容器壁，屬于均勻介質，下層介質代表待檢測物質，為渾濁散射介質；建立雙層介質模型的光子傳遞模型；

S2，按照所述光子傳遞模型進行光子傳遞，對光子在雙層介質模型中的傳遞過程進行蒙特卡羅模擬，找到能收集最多在下層介質產生的拉曼散射光子的位置，該位置對應的偏移距離即為最佳偏移距離；

S3，對實際的待檢測樣品，采用空間偏移拉曼測量系統在零偏移處和最佳空間偏移位置處進行光譜采集；當空間偏移拉曼測量系統的兩個探頭的焦點之間的距離是最佳偏移距離時，采集探頭所在的位置即最佳空間偏移位置；

S4，對零偏移處和最佳空間偏移位置處的拉曼光譜進行比例減法計算，獲取待檢測物質的純凈拉曼光譜；

所述雙層介質模型的光子傳遞模型，具體為：

當光子在上層介質中傳遞時，設置介質的吸收系數μ_a、散射系數μ_s和折射率，其中：

利用介質在激發光波長處的吸收系數μ′_a和散射系數μ′_s近似代替介質在整個拉曼波段的吸收系數μ_a(λ)和散射系數μ_s(λ)；同時考慮介質的吸收和散射，總的衰減系數為：

μ′_t＝μ′_s+μ'_a

光束傳遞過l后，經過吸收和散射后的光強為：

散射光強度為：

被吸收的光強度為：

光子在上層介質中傳遞時可能會被吸收、散射或者繼續保持傳遞，設定發生散射、吸收和繼續傳遞的概率分別為：和散射光子的方向按照米散射函數來確定；在一次傳遞后將散射光子全部進行復制作為拉曼光子，設定上層介質中的拉曼光子不再繼續傳遞；

當光子在下層介質中傳遞時，將多次散射過程整合為一個散射事件，在每個散射事件中光子沿直線傳播，在下一個散射事件中光子的傳播方向相比于前一個散射事件是完全隨機的，在每個散射事件中的光子傳遞距離為光子顯著偏離其原始傳播方向之前在下層介質內傳遞的平均距離；在下層介質中產生的拉曼光子到達上層介質時停止傳播，忽略下層介質對光子的吸收；

S2中，建立三維直角坐標系，雙層介質模型的上表面與空氣交界面位于x-o-y平面，將雙層介質視為x方向和y方向無限大的介質，上層介質厚度為d₁,下層介質厚度為d₂，從而上層介質的空間范圍為：-d₁z0，下層介質的空間范圍為：-(d₂+d₁)z-d₁；共焦探頭與收集探頭的傾角分別為45度和-45度，設置共焦探頭和收集探頭的空間位置，共焦探頭的焦點中心位于坐標原點，收集探頭的焦點中心位于Z＝0平面，焦點之間的距離為偏移距離；

S2中，光子傳播過程設置如下：

在共焦探頭前透鏡表面處設置N個光子，每個光子朝著焦點光斑范圍內隨機一點開始傳播；

光子進入上層介質時發生折射，依據折射定律計算折射后的傳播方向；

光子在上層介質中傳播時，依據上層介質的散射系數和吸收系數，計算光子發生吸收、散射和繼續傳遞的概率，依概率設置光子的下一狀態，記錄產生的拉曼光子；

當光子在下層介質中傳播時，單次傳遞距離是光子在顯著偏離其原始傳播方向之前在下層介質中傳播的平均距離，光子傳遞方向在下一次散射事件中完全隨機化，激光光子依概率轉換為拉曼光子；

設置收集探頭的收集范圍，統計收集范圍內的拉曼光子的數目，將光子數目作為拉曼強度；

重復上述過程，將拉曼光子的數目取平均作為模擬結果，將收集到下層介質產生的拉曼光子最多的位置對應的空間偏移距離記作最佳偏移距離。

2.根據權利要求1所述的快速檢測包裝容器內物質的拉曼光譜方法，其特征在于，S3中，采集K幅光譜進行平均，得到的平均光譜作為對應位置的實測光譜。

3.根據權利要求1所述的快速檢測包裝容器內物質的拉曼光譜方法，其特征在于，S4中，選擇合適的拉曼位移處的強度進行比例減法，獲取待檢測物質的純凈拉曼光譜。