[发明专利]一种拉曼光谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测领域，特别是一种拉曼光谱检测方法。

背景技术

拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家Chandrasekhara Venkata Raman发现的，并因此获得了1930年的诺贝尔物理学奖。拉曼光谱作为一种物质分子结构的分析测试手段而被广泛应用，尤其是1960年第一台激光器问世以后，激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用，使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的进展。目前，拉曼光谱已广泛应用于石油、食品、农牧、高分子、制药、生物、医学等领域。

拉曼光谱仪工作原理如下：

当一束频率为ν₀的单色光入射到固体、液体或气态介质时，会引起向四面八方辐射的微弱散射光。散射光中较强的是瑞利（Rayleigh）散射，其频率与入射光频率ν₀相同，其强度和数量级约为入射光强的10^-4～10^-3。除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率ν与入射光频率有明显的变化：ν=ν₀±|Δν|,其强度约为瑞利散射的10^-8～10^-6，为入射光强度的10^-12～10-9。最强的也只是瑞利散射的10^-3，入射光强的10^-6。其中瑞利线ν₀长波一侧出现的拉曼散射线ν=ν₀-|Δν|称为斯托克斯（Stokes）线；短波一侧出现的ν=ν₀+|Δν|称为反斯托克斯（anti-Stokes）线。由于波尔兹曼分布效应，斯托克斯线要比反斯托克线强一些。

拉曼散射线的频率是由入射光频率与分子固有的内部运动频率合成，所以也称为联合散射光。拉曼谱线的频率随入射光频率的变化而变化，但相对于入射光频率的频率差值（频移）Δν保持不变，且与入射光的频率无关，只与散射介质本身的分子结构有关。散射线的±|Δν|相对于瑞利线是对称的，即斯托克斯线和反斯托克斯线关于瑞利线是对称的（如图1）。分子的振动、转动和自旋决定了不同的介质对应有不同的拉曼频移谱图。

现有的检测方法反应较慢，效率较低，并且准确率依然不够高，而且微弱的物质，如水，的拉曼峰则难以检测。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种拉曼光谱检测方法，

激发光源系统形成激发光，所述激发光经过所述激发光源系统中的扩束装置后，形成水平进入拉曼滤光片组的垂直侧的水平入射光，并形成从与所述拉曼滤光片组所述垂直侧相垂直的水平侧垂直射出的垂直出射光，经过高数值孔径显微物镜且聚焦在样品处的光斑，产生拉曼散射，经所述拉曼滤光片组滤光、后续聚焦处理后，拉曼信号进入单色仪系统进行分光处理，之后经单光子计数器接收，由所述单色仪系统和所述单光子计数器共同确定拉曼信号。

根据本发明背景技术中对现有技术所述，现有的检测方法较慢，效率较低，并且准确率依然不够高，而且拉曼信号微弱的物质，如水，的拉曼峰则难以检测；而本发明提供的拉曼光谱检测方法通过使用一侧接收水平入射光并在另一侧形成与入射光垂直的出射光的拉曼滤光片组、聚焦形成高强度激发光并激发样品形成拉曼信号，并使用单色仪与单光子计数器结合对拉曼信号进行检测的方法，具有速度快、效率准确度高以及可以检测出的拉曼信号微弱的物质，如水，的拉曼峰的效果。

另外，根据本发明公开的拉曼光谱检测方法还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述显微物镜采用的是数值孔径为大于0.4的显微物镜，所述显微物镜的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10-6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。

进一步地，所述光斑辐射照度大于1.6×10⁹W/m²。

进一步地，所述光斑的直径小于1.6um。由此，可以使激光能量能够更加集中，从而能够大大提高拉曼散射的激发光能量。在一个示例中，通过扩束镜进行7倍以上的扩束来实现上述光斑的聚焦。

进一步地，所述聚焦处理使用管镜进行聚焦。

进一步地，所述拉曼光谱检测方法还包括成像调节处理，所述成像调节处理将经过所述拉曼滤光片组滤光和所述后续聚焦处理后形成的信号进行成像调节处理。

更进一步地，所述成像调节处理将聚焦处理后的信号成像于所述单色仪系统中的入射窄缝处。