[发明专利]高稳定性的表面增强拉曼光谱的液相检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于激光共聚焦拉曼光谱检测领域，具体来说，涉及一种高稳定性的表面增强拉曼光谱的液相检测装置及检测方法。

背景技术

拉曼光谱是一种散射光谱。光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光是与激发光波长相同，非弹性散射的散射光有比激发光波长长的或短的成分，统称为拉曼效应。拉曼效应起源于分子振动与转动，因此拉曼光谱能够提供分子内部各种简正振动频率及其振动能级情况，从而鉴定分子中存在的官能团、分子特征结构及其所处的环境。利用拉曼光谱技术对样品进行检测和鉴别具有非接触、无破坏等优点，无需特殊样品制备步骤，并且由于水对拉曼光谱的影响非常小，所以拉曼光谱可以被广泛地应用于生物体系中具备生物活性样品的检测。然而拉曼散射光谱的强度仅为入射光强的10^-10，信号太弱以致难以收集检测。近年来，随着纳米技术的不断发展，表面增强拉曼散射光谱技术（Surface Enhanced Raman Scattering，SERS）的出现极大的提高了拉曼光谱技术的检测灵敏度。当具有拉曼活性的分子与金属纳米结构接触时，通过金属纳米结构的电磁增强和化学增强效应作用，能够使分子的拉曼光谱得到极大增强，增强能力达10⁴~10⁷。因此，基于SERS的拉曼检测技术在超灵敏检测中已有广泛应用。

但是长久以来，基于SERS的拉曼检测技术只能够对样品进行定性的分析，极大地限制其在定量分析领域中的应用，造成这一结果最为关键一点就是缺少简单易行的手段将纳米结构排列成均匀的SERS基底，从而在不同的基底区域获得均匀一致可重复的SERS信号。通过离子束或电子束光刻技术能够获得大范围均匀的金属纳米结构阵列，用作可重复的SERS基底，但该方法需要大型设备，花费大产出低。较常用的方法就是将金属纳米颗粒与拉曼活性分子的混合溶液滴在硅片上，等液滴干燥后直接对硅片表面混合物质检测，由于干燥过程中“咖啡环”效应而导致干燥后的液滴区域内物质分布不均，液滴边缘浓度大，而中间区域稀少，从而导致SERS信号严重不均匀，同一个基片上不同点测得的拉曼信号强度千差万别无法重复，虽然方法简单，但只能用于定性分析。此外，静电吸附组装方法制备SERS基底也得到广泛应用。通过静电吸附作用，可以将带电金属纳米颗粒均匀铺散在硅片表面得到均一SERS基底，但由于颗粒结构和尺寸不同导致沉降速率不一样，在硅片表面通过静电吸附形成的颗粒阵列密度不同，因此也无法定量评价不同金属纳米颗粒之间的SERS活性的相对高低。传统表面增强拉曼光谱检测方法耗时、耗力且效果不佳这些问题，无法满足样品的简单、快速、准确定量分析要求。因此本团队将注意力从固相加测转移到液相检测中来，因为固相检测的不确定性就是由于分子浓度或者增加结构不均匀导致，而在溶液中金属纳米颗粒和拉曼分子都是均匀分布的，且很多生物活性物质在溶液中才能保证其活性不变，因此液相拉曼检测对于很多物质的分析和鉴别具有重要意义。然而，目前用市面上常用的耦合正置激光共聚焦显微镜的拉曼光谱仪来检测溶液样品，所得到的拉曼光谱强度也是忽高忽低，很不精确。在实验过程中我们发现，造成这一现象的原因主要是激光聚焦点选取不当：当选取溶液表面或者溶液与容器底部接触面作为聚焦点，因纳米颗粒会在液体表面形成膜状漂浮团聚体，在容器底部也会不可避免的存在一些团聚体受重力作用沉降下来，从而造成聚焦点测得拉曼光谱局部增强，而在其他地方强度较低；当选择溶液中心作为聚焦点，在检测过程中大家都忽视了检测光程对结果造成的影响，激光在检测溶液中光程不同，进而光程内被激发的拉曼分子数量不同，最终导致拉曼信号强度不稳定。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种高稳定性的表面增强拉曼光谱的液相检测装置，该检测装置可以定量的检测溶液样品的表面增强拉曼光谱，且拉曼光谱具有稳定性， 满足样品无损、无需预处理、快速准确等检测需求；同时还提供检测方法，简单易操作，且检测准确。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：

一方面，本实施例提供一种高稳定性的表面增强拉曼光谱的液相检测装置，该检测装置包括带有物镜的倒置激光共聚焦显微镜、拉曼光谱仪、用于盛放待测溶液的容器、聚焦基片和隔片，隔片中设有通孔；隔片置于容器中，聚焦基片位于隔片上方，且聚焦基片覆盖隔片的通孔；待测溶液完全浸没聚焦基片和隔片通孔；容器位于激光共聚焦显微镜的样品台上，物镜位于激光共聚焦显微镜的样品台下方；物镜镜头与隔片的通孔相对；拉曼光谱仪的光路与激光共聚焦显微镜的物镜的光路连接。