[发明专利]一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法，属于光学显微成像及光谱测量技术领域。包括光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱探测系统、计算机控制及显示系统。根据光源发出的白光或激光分别实现样品原位观察及显微拉曼成像光谱实时在线检测，数据融合处理系统进行图像与光谱信息的实时分析处理，并在计算机控制及显示系统中显示输出。本发明具有结构紧凑、空间分辨率高、使用方便、性能稳定等特点，可用于水质检测、材料分析、石油化工、环境监测、工业精密检测等领域，也便于野外现场考察实验及在线测试实时分析，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光学显微成像及光谱测量技术领域，尤其涉及一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法。

背景技术

目前，我国水污染形势严峻，据不完全统计，超过86％的城市河段水质普遍超标，长期严重的水污染问题影响着水资源利用和水生态系统的完整性。水体富营养化不断加重的趋势导致了水质的进一步恶化，破坏了水体的生态平衡。目前，对水中污染物质的检测方法很多，如原子吸收分光光度法、气相色谱法和水污染生物检测法、气质联用(GC-MS)、液质联用(LC-MS)、电热蒸发-电感耦合、等离子体发射光谱法等。这些方法具有检测精度高、应用范围广、重现性好，但需要昂贵的仪器设备、操作复杂、分析样品时间长、试剂消耗量大，而且这些方法还不同程度的引入了对人体有害的有机溶剂，产生二次污染；此外，这些方法都是采用现场取样后到实验室分析的离线处理模式，不能满足在线实时检测分析的需求。因而对于复杂多变的水体环境，例如元素形态受时空影响大，多数又处于相互关联影响的状态；环境中温度压力变化对元素检测结果可靠性的影响，从而不能确切掌握水质现状及其异常变化。

拉曼光谱检测技术是以拉曼散射效应为基础的探测分子振动和转动特征峰值的“指纹”光谱技术，具有非接触无破坏性、检测时间短、样品所需量小、样品无需制备、受水分子的干扰小等特点；并且拉曼光谱的频移不受光源频率的限制，光源频率可根据样品的不同特点而有所选择，更适用于水溶液体系的测量。近年来，随着光机电技术的迅猛发展，显微拉曼光谱分析技术使拉曼光谱检测设备的灵敏度和分辨率大大提高，拓展了在样品微区无损检测方面的应用；与此同时，显微成像技术也引入到样品的分析过程中，但是传统显微成像只能得到样品的结构图像，不能获得样品的完整光谱特征信息。现有的拉曼光谱成像通常需要耗费较长时间，此过程中环境温度、振动等因素易使测量系统产生漂移，导致实际激发光斑远大于物镜聚焦光斑，其结果限制了拉曼光谱检测设备的微区光谱探测能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法，获取水体样品微区的空间位置、几何形貌、光谱图像等多维特征信息，提高实时检测灵敏度和在线分析的智能化水平，为纳米级微区的光谱探测与成像提供新的技术途径。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，包含光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱检测系统、计算机控制及显示系统；

所述光源连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统通过光路连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统上设置有所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统；

所述数据融合处理系统接收来自所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统的信息并进行图像与光谱信息的实时分析处理，将处理结果传输到所述计算机控制及显示系统中显示输出。

进一步，所述光源包含白光照明光源和激光探测光源，所述白光照明光源采用可调LED环形灯YSX-22，所述激光探测光源采用激发波长为532nm，785nm或1064nm的半导体激光器。

进一步，所述多功能样品室包含样品台底座、光学载物台、旋转样品架和透明封闭罩，所述样品台底座通过螺栓固定在所述光学载物台上，所述样品台底座随所述光学载物台进行三维调节；