[实用新型]一种可实时扣除荧光的差分拉曼光谱仪

说明书

本实用新型公开了一种可实时扣除荧光的差分拉曼光谱仪，属于光学测量技术领域。光谱仪包括控制单元、双波长激光器、双通道光切换器和探测器等。通过双波长激光器发射双波长激光先后激发样品产生散射光谱获得拉曼数据，然后通过控制单元对双波长拉曼数据进行重筑处理，包括数据平滑、特征峰局部插值和拉曼重筑处理，获得扣除荧光的拉曼光谱图。本实用新型具有实时扣除拉曼光谱测量过程中的荧光背景、提高样品检测效果等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种可实时扣除荧光的差分拉曼光谱仪，属于光谱技术领域。

背景技术

拉曼光谱检测具有检测速度快、不损坏样品、制样简单等突出优点，是一种应用广泛的检测方法。而且随着拉曼光谱检测技术的成熟，其小型化、便携化和智能化得到了更多青睐及发展。便携式拉曼光谱仪具有体积小、成本低、现场实时检测等优点，但也不可避免的遇到一些障碍，其中荧光干扰就是最大的障碍。

拉曼光谱技术的物理机制是拉曼散射，但拉曼散射发生的几率很小，拉曼光强度更是远远小于荧光强度。即使对于共振拉曼散射，荧光强度也是拉曼信号强度的1000倍以上，因而拉曼信号经常淹没在荧光信号中。荧光干扰是拉曼光谱测量过程中难以绕开的话题，目前应对荧光干扰的方式有多种，比较有效的包括荧光淬灭法、近红外激发法、紫外激发法、移频激发法等。荧光淬灭法尽管能够减弱荧光甚至是避免产生荧光，但是却具有很强的局限性和针对性，例如不同的样品需要采取不同的淬灭剂，有些猝灭剂甚至会对被测样品产生破坏。

极少样品分子在近红外区有电子跃迁吸收带，使用红外激光作为激发光源可以有效地避免荧光的产生。但由于拉曼散射强度与激发波长的四次方成反比，激发波长过长，需要大幅提高激光器的输出功率，而且红外光电探测器成本很高，因此在选用红外激发法消减荧光时，多选择波长785nm的半导体激光器作为拉曼光谱仪的激发光源。但785nm激光器不能完全消除荧光，食品、药品、毒品、爆炸物等样品仍有明显的荧光背景，仍须采取进一步措施来抑制荧光。紫外激光作为光源也可以避免荧光背景的产生，此时往往选择244nm激光器。但紫外激发法的主要问题是在紫外光照射下样品容易分解变质，而且高性能紫外激光器成本非常高。

采用多波长激光光源的移频激发法是目前比较简单和常用的方法，也就是差分光谱法。由于拉曼光的波长(频率)与激发光的波长(频率)密切相关，而荧光光谱和激发光波长之间则没有明显相关性。因此可以通过稍微改变激发波长，得到两幅拉曼光谱，直接差分光谱，从而扣除荧光背景。

专利文献CN105067114A公开了一种用于拉曼光谱仪荧光抑制的多波长外腔激光发射装置，包括准直激光发射组、光栅、光纤合路输出装置和控制器，通过电路切换连接两个以上的激光二极管实现输出波长切换。每个准直激光发射装置均包含一激光二极管和一准直透镜，其每相邻两个激光二极管经准直透镜射出的准直光束之间夹角为0～10°。专利文献CN105552713A公开了一种用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器，包括平行激光发射装置、光栅、光纤合路输出装置和控制器，平行激光发射装置包括至少两个中心波长相同的激光二极管组成的激光二极管阵列和准直激光校准光学元件。准直激光校准光学元件包括快轴准直镜和包括至少两个微透镜的微透镜阵列。专利文献CN205607531U公开了一种便携式双波长消荧光拉曼光谱检测系统，包括光学透镜组、拉曼光谱仪、第一激光器、第二激光器和控光装置，其中第一激光器波长680nm，第二激光器波长685nm。专利文献CN207816830U公开一种变波长激发及光谱范围可调的拉曼光谱仪，包括可变波长的激光器、第一/第二平面反射镜、第一/第二凹面反射镜、探测器、信号处理单元等。