[发明专利]基于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置

说明书

本发明公开了一种基于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置，包括两个激光器、中空激光束产生机构、气溶胶微粒光学捕获机构以及拉曼光谱检测机构，通过中空激光束产生机构将第一激光器产生的激光分为两束圆锥中空激光束，所获得的两束圆锥中空激光束在所述气溶胶微粒光学捕获机构的作用下聚焦于气溶胶微粒光学捕获机构的石英腔的气溶胶流通道中，构建由两束圆锥中空光束形成的囊结构光学捕获陷阱，实现对气溶胶微粒的光学捕获；拉曼光谱检测机构用于实现对捕获微粒的实时光谱检测。所述方法可以对气溶胶微粒进行稳定的光学捕获和拉曼光谱检测，并消除微粒拉曼信号中的荧光背景，过程快速无损，最终实现对气溶胶中微粒的鉴别。

技术领域

本发明涉及光镊、光谱分析和微小微粒物检测领域，尤其涉及一种于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置。

背景技术

气溶胶是一种液体或者固体颗粒悬浮于气体介质中形成的悬浮体系，其中颗粒相的特征粒径尺寸一般为1nm至100μm。当大气中的煤烟、传染性细菌等微粒的浓度超过某一阈值时，该气溶胶将会对空气质量、气候变化、人体健康有着至关重要的影响，因此对大气气溶胶中微粒的检测已成为环境检测的重要一部分。

对气溶胶微粒的光学检测可以得到微粒的物质特性，当结合其他特征如微粒的形状或表面结构时可以得到气溶胶微粒的更多信息，并且气溶胶微粒的光学检测技术具有快速、无损、高灵敏度等优点，已是目前主要研究趋势之一。虽然微粒的拉曼散射与其弹性散射或荧光相比，包含了更加丰富的物质信息，但由于空气中漂浮的微粒的拉曼散射信号太弱，使得目前对悬浮于空气中的微粒样品的检测主要采用荧光光谱技术。但是当激发光源在可见光波段，如488nm、633nm和780nm，许多生物微粒(花粉、真菌孢子等)将会在很大的光谱区域内(如400nm-800nm)出现一个或多个荧光包，这将使得气溶胶中微粒样品的荧光光谱缺少相应的关键性光谱特征，进而阻碍对其正确鉴别。

因此，如何对气溶胶中的微粒进行有效的拉曼检测并对其实现正确鉴别是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效地对微粒进行光学捕获和拉曼检测，并实现对气溶胶微粒鉴定的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于光学捕获气溶胶中微粒及实现拉曼光谱检测的装置，其特征在于包括：两个激光器、中空激光束产生机构、气溶胶微粒光学捕获机构以及拉曼光谱检测机构，第一激光器和第二激光器的发射波长不等，通过中空激光束产生机构将第一激光器产生的激光分为两束圆锥中空激光束，所获得的两束圆锥中空激光束在所述气溶胶微粒光学捕获机构的作用下聚焦于气溶胶微粒光学捕获机构的石英腔的气溶胶流通道中，构建由两束圆锥中空光束形成的囊结构光学捕获陷阱，实现对经气溶胶微粒光学捕获机构中喷嘴喷入的气溶胶微粒的光学捕获；第二激光器产生的激光用于对捕获微粒进行光漂白数秒后，去除所采集拉曼信号中的荧光背景；拉曼光谱检测机构用于对捕获微粒的反射拉曼信号进行采集，实现对捕获微粒的实时光谱检测。

进一步的技术方案在于：所述第一激光器的激发波长为480nm-550nm，功率为900mW-1400mW；所述第二激光器的激发波长为330nm-450nm，功率为1mW-10mW。

进一步的技术方案在于：所述中空激光束产生机构包括第一反射镜、第一半透半反镜、第一凸透镜、第一互补圆锥透镜组、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第二凸透镜以及第二互补圆锥透镜组；通过第一片反射镜对第一激光器产生激光的传播方向进行调整，随后通过第一半透半反镜将上述激光分为两束能量相同的实心激光，其中一束激光依次经过第一凸透镜、第一互补圆锥透镜组后产生中空激光束Ⅰ，另一束激光依次经过第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第二凸透镜以及第二互补圆锥透镜组产生与中空激光束Ⅰ功率相同的中空激光束Ⅱ。