[发明专利]一种基于拉曼光谱的物质检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物质成份分析方法，更具体地，涉及一种基于拉曼光谱的物质检测方法。

背景技术

拉曼光谱分析在无损物性分析及鉴别上展现了强大的能力。然而由于缺少低成本、坚固可靠和稳定的、可提供高谱线亮度的半导体激光器，使得拉曼光谱仪的应用受到一定的阻碍。这里谱线亮度定义为：激光功率除以其谱线宽度。一个宽条或者宽面积半导体激光器(例如，典型条宽在20＝500微米)可提供＞1瓦的高输出功率。然而由于法布里-珀罗(F-P)激光谐振腔内存在大量的激发模式，其谱线宽度在几个纳米量级或者更宽。这种宽线宽限制了宽条激光器仅能应用于低分辨率的拉曼光谱应用，如同Clarke等人在美国专利5,139,334和5,982,484中所述。另一方面，单模激光器(条宽在几个微米左右)的输出功率一般限制在一、二百个毫瓦以内。这种功率水平对有些拉曼散射不强的物质的拉曼光谱分析来讲是不够的。Cooper等人的美国专利5,856,869中可以找到单模分布反馈式激光器应用于拉曼光谱分析的例子。

近来，已经出现了外腔谐振激光结构(ECL)可用于将宽条激光的线宽变窄，如Smith等人的美国专利US6,100,975和Tedesco等人的美国专利US6,563,854里所述。在这些参考文献里，半导体激光器的激发波长通过采用Littrow或者Littman结构的色散光栅锁住。然而，这些外腔谐振激光结构对光学元件的对准精度(比如透镜和光栅方向)，温度波动以及振动敏感，导致机械和温度稳定性不佳。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于拉曼光谱的物质检测方法，具体方案包括以下步骤：

(1)通过光源产生激光束；

(2)激光束照射在待测样品上，激发出该待测样品的拉曼散射光；

(3)收集拉曼散射光，使之通过入射狭缝，经准直透镜准直后照射到色散光栅上；

(4)色散光栅将复色光分解为不同波长的单色光，会聚至检测装置上；

(5)检测装置将接收到的光信号转为电信号；

(6)处理该电信号得到不同波长光的光谱信息，通过预处理，从而得到待测样品的拉曼光谱。

进一步地，所述光源为激光器，该激光器包括一个利用非色散布拉格体光栅作为波长选择元件的自准直外腔。

进一步地，所述激光束具有高功率、窄线宽。

进一步地，所述检测装置为阵列式的多通道检测器。

进一步地，所述步骤(2)中，激光束被分成多束照射到待测样品的多个点，以在该待测样品的多个点上激发出该待测样品的拉曼散射光。

进一步地，所述步骤(6)还包括：获取多点待测样品的电信号，去除背景噪声，去除最大值和最小值，并求取平均值。

进一步地，所述多点是通过在同一平面内移动拉曼光谱的基底实现的，该基底包括基础层和表面增强层，所述基础层为磨砂玻璃、砂纸、滤纸或镜头纸，所述表面增强层附着在磨砂玻璃的磨砂表面、砂纸的工作表面或滤纸的表面。

进一步地，所述预处理为依次进行Rolling Circle Filter算法处理、基线校正处理或卷积平滑处理。

进一步地，所述的预处理为依次进行的Rolling Circle Filter算法处理、基线校正处理、卷积平滑处理和最大谱峰比值标准化法处理。

进一步地，所述步骤(6)还包括：获取多点待测样品的电信号分别对应的拉曼光谱，将这些拉曼光谱按照波数范围从小到大进行排列，然后进行正态化检验，使其符合正态性检验；采用权重计算方法计算得到的所有拉曼光谱权重值在同一区间内；采用权重计算方法计算得到的所有拉曼光谱的权重值形成的样本矩阵的相关阵，并获得相关阵的特征值和特征向量；根据所得到的特征值计算对应的主成份的方差，根据方差最大者作为待测样品的拉曼光谱特征区域。

本发明的有益效果如下：本检测方法准确、可靠，具有高重现性和超高的分析灵敏度，适用于超痕量样品的检测，还能够准确的获得检测结果。

附图说明

图1示出了本发明的检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于数字微镜阵列的便携式拉曼检测仪检测方法，包括以下步骤：

(1)通过光源产生激光束；

(2)激光束照射在待测样品上，激发出该待测样品的拉曼散射光；

(3)收集拉曼散射光，使之通过入射狭缝，经准直透镜准直后照射到色散光栅上；

(4)色散光栅将复色光分解为不同波长的单色光，会聚至检测装置上；