[实用新型]基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪

说明书

本实用新型涉及一种基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪，属于光谱仪领域。基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪分为拉曼光激发与收集模块和拉曼光谱分析模块。本实用新型特征在于：拉曼光谱分析模块中，通过移动狭缝与光电倍增管相结合的方式，逐点扫描不同波长获取高灵敏度光谱，特别适用于痕量物质检测。拉曼光谱分析模块中，可以加入一路探测装置快速获取完整拉曼光谱作为补充。待测样品可以是固体、液体、气体，针对不同的待测样品，可以选择不同的拉曼光激发与收集模块。

技术领域

本实用新型涉拉曼光谱仪，特别涉及一种基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼 (Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光波长不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。随着激光技术的发展，拉曼光谱技术越来越多地被用来检测各种物质。由于不同的分子具有特定的的振动和转动能级，当某一波长的激光与某一物质分子发生散射时，一部分激光光子与物质分子发生能量交换。发生能量交换后，激光光子波长改变。由于不同的振动和转动能级与激光光子波长改变一一对应，因而通过分析散射后激光光谱便可以确定分子的振动或转动能级差，并根据这些能级差分析出发生散射的分子是那种物质。正如通过指纹可以确定指纹的主人，通过拉曼光谱便可以确定分子的种类。同时，通过拉曼光谱的强度可以确定该分子的浓度。近年来，随着激光器、探测器、滤光片等光学器件的日趋成熟，拉曼光谱仪在国内外得到飞速发展。

然而，拉曼光谱技术大多只局限于高纯度固体和液体检测。对于少有的用于固体、液体中痕量物质和气体检测的拉曼光谱仪，其感光元器件大多采用价格极其昂贵的ICCD(增强电荷耦合器件)或像增强器，由于其价格高达数十万元，因而应用难以普及。常用的拉曼表面增强技术，通过一片表面周期阵列纳米结构的增强芯片来增强拉曼信号，可以对一些样品进行痕量检测。然而，增强芯片只对与一部分物质有增强效果，并且多为一次性，难以形成稳定的工业产品。

实用新型内容

本实用新型是针对目前已有的拉曼光谱检测技术大多只局限于高纯度固体和液体检测；对于少有的用于固体、液体中痕量物质和气体检测的拉曼光谱仪，其感光元器件大多采用价格极其昂贵的ICCD 或像增强器；常用的拉曼表面增强技术，由于表面增强芯片不能重复使用因而难以形成稳定的工业产品等问题，提出了一种基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪，能够用于固体、液体、气体检测。

本实用新型的技术方案为：一种基于光电倍增管的高灵敏度拉曼光谱仪，包括拉曼光激发与收集模块和拉曼光谱分析模块。

拉曼光谱分析模块核心装置包括：入射狭缝、第一凹面反射镜、第一光栅、第二凹面反射镜、电机、狭缝、成谱透镜、光电倍增管、计算机。从入射狭缝入射的拉曼光经第一凹面反射镜反射后准直后，拉曼光中的不同波长被第一光栅衍射至水平面上不同角度，再由第二凹面反射镜聚焦于焦平面上不同位置，其中，第一凹面反射镜、第一光栅、二凹面反射镜分别可以根据需要选取不同的角度和位置以达到最佳成谱效果。狭缝位于第二凹面反射镜的焦平面上，狭缝通过机械件固定于电机上。电机为一维步进电机或伺服电机，通过逐点扫描电机的位置依次选取不同透过波长。成谱透镜为单透镜或透镜组，将第二凹面反射镜焦平面上不同波长的焦点成像于光电倍增管感光面。光电倍增管可以替换为雪崩二极管或光子计数器。计算机控制电机扫描和光电电倍增管采集数据，计算机可以替换为手机或自主研发的软硬件模组。

上述拉曼光谱分析模块中，第一凹面反射镜和第二凹面反射镜可以分别替换为第一透镜和第二透镜。从入射狭缝入射的拉曼光透射第一透镜准直后，拉曼光中的不同波长被第一光栅衍射至水平面上不同角度，再由第二透镜聚焦于焦平面上不同位置，其中，第一透镜平行于入射狭缝面，第一光栅、第二透镜分别可以根据需要选取不同的角度和位置以达到最佳成谱效果。狭缝位于第二透镜焦平面，通过逐点扫描电机的位置依次选取不同透过波长。