[发明专利]一种新型球形拉曼散射光谱检测装置

说明书

本发明提供一种球形拉曼散射光谱检测装置。所述球形拉曼散射光谱检测器包括球形外壳、样品台、滤镜、光栅和检测器。本检测器采用全角度球形外观设计，在球形外壳内壁设计安装若干组、呈球形分布的滤镜、光栅和检测器，通过检测收集多于10个方向的多向散射光信号，实现了高强度拉曼散射信号的检出，满足光谱增强的目标，也使得普通拉曼光谱的检测灵敏度大大增强。

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体地说，涉及一种拉曼散射光谱的检测器件的设计方法。

背景技术

拉曼散射属于光的散射现象。当单色光束(例如波长为514nm，633nm，785nm等波长的激光)照射到物质表面的时候，其光子与物质分子会发生弹性碰撞和非弹性碰撞。发生弹性碰撞时，分子与光子之间没有发生能量交换，光子因此只改变了其运动方向，而没有改变其振动的频率，这种散射称之为瑞利散射；而发生非弹性碰撞时，分子与光子之间发生了能量交换，分子将部分的振动能量转移给了光子，或者是光子将部分能量转移给了分子，最终导致光子的运动方向和振动频率均发生了改变，这种散射就是拉曼散射。由于光子频率的变化取决于散射物质的特性，而散射物质中各种基团的振动方式是一定的，由此可知，拉曼散射光谱可以鉴别出不同物质分子的种类。因此，可以将拉曼光谱作为辨别和确定不同物质的“指纹光谱”。

由于拉曼效应产生的机理，导致其相比较于其他技术有着难以比拟的优势。比如被检样品不需要前处理，检测具有无损性，可隔容器直接检测，以及不受水成分的影响等。这些优势都使拉曼光谱技术在实际应用领域有着巨大的应用潜力和前景。目前拉曼光谱技术已经被广泛地应用在食药安全、国土安全等重要的领域。

但拉曼光谱技术也有其很大的缺点：光谱强度一般比较弱。这也成为目前制约拉曼光谱技术在实际应用领域发展的重要问题之一。传统方法应对此问题一般引入表面增强拉曼散射技术(SERS)。SERS技术一般是将拉曼光谱仪与具有增强性能的溶液状或者芯片状的增强耗材相结合使用，以放大较弱的拉曼光谱强度。但这种方法也因为其对价格昂贵的增强耗材的依赖性，以及使用过程中增强耗材性能的不稳定性而具有很大的应用局限性。

根据拉曼效应产生的机理可知，拉曼散射是一种光的散射效应，而散射光的散射方向具有各向同性的性质。这意味着传统拉曼光谱仪不论采用透射式光路还是反射式光路都仅能检测到在局域单一方向上的散射光，其他方向上的绝大部分散射光都无法被有效收集，这也导致了最终拉曼光谱较弱的强度。

通过对拉曼光谱仪检测元件进行重新设计，实现对多个方向乃至全方向上的散射光进行高效收集和检测，并对检测信号加以积分累积，其检出的拉曼散射信号强度可远大于目前的检测元件所达到的强度水平，从而在仪器本身的层面突破拉曼散射信号较弱的缺陷。

发明内容

本发明涉及光谱技术领域，具体地说，涉及一种拉曼散射光谱的检测器件的设计方法。

本发明的目的是为了提供具有超高检测限的拉曼检测器件，其中，每个所述器件包括球形外壳、样品台、滤镜、光栅和检测器。

实施方式涉及滤镜、光栅和检测器，三者为配套使用，均为微型光学元器件，在球形外壳内部呈球形分布，数量若干，至少检测10个方向以上散射光。

应当理解的是，本发明的优点将在随后的说明书中阐述，并且以下的详细描述都是范例和解释性的。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施实例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明构造原理图。

图2是本发明与便携式拉曼光谱仪配合使用的视图。

图3是本发明球型外壳构造示意图。

具体实施方式

可发射单色激光(532nm，633nm，785nm等)的便携式拉曼光谱仪探头通过球形外壳的光路入口接口将激光照射到被石英样品台所固定的微量检测样品表面，在各方向产生散射光，各方向的散射光通过滤镜后干扰光被过滤掉，再经光栅的干涉和衍射作用，最终通过检测器准确检测散射光波长，经信号连接线将各方向信号传输至拉曼光谱仪中进行积分累积，最终确定拉曼散射光谱组成。