[发明专利]光纤喇曼光谱仪

说明书

本发明属检测分析设备，特别涉及以光纤样品作前置光路的喇曼光谱仪。

现有的喇曼光谱仪由光源、样品室、单色仪、光电接收和放大装置及计算机等几部分构成。光源发出的激发光通过样品室激发样品，产生喇曼光谱由单色仪接收，经光电接收及信号放大装置转换光谱信号并将其放大，送入计算机进行数据存储和处理。样品室主要由毛细管构成。这种普通喇曼光谱仪喇曼光谱的强度较低，不利于检测精度的提高。

本发明为克服现有技术的不足，设计光纤样品室，达到提高光谱强度和检测灵敏度的目的。

本发明的光纤喇曼光谱仪与普通光谱仪结构基本相同，只是在前置光路上采用光纤样品室。即整体结构为：激光光源、光纤样品室、单色仪、光电接收及信号放大装置及计算机。

光纤样品室的结构中包括：底座，在底座两端安装的两个三维调节架，一条两端封闭的空心光纤，该光纤的两个封端分别装在两个三维调节架上。通常，样品光纤较长，在10～300cm，因此光纤在两个三维调节架之间要盘上圈圈。测试时液体样品要注入空心光纤中。

空心光纤的封头既要透光，又要不泄漏液体样品，还要方便注入液体样品。为此，该光纤的封头采用中间带有圆球的玻璃管制作的外套，套在空心光纤的端头制成。玻璃管的一端开口，另一端平齐密封，作为入射光窗口。光纤自开口端插入后，用灌封材料，比如铟锡材料，将空心光纤外侧与玻璃管内侧之间密封。为了能注入液体样品，在外套的球形部分接有样品注入管与圆球部分的内腔贯通。

本发明的具体结构出附图给出。

图1是本发明的整体结构框图。

图2是本发明的光纤样品室的结构示意图。

图3是本发明的光纤封头结构图。

图1中，光源1可以是单一波长的激光光源，亦可用可调谐激光光源，使用可调谐激光时，很容易获得光纤样品共振喇曼光谱。2是入射光，3是光纤样品室，4是出射光，5是单色仪，6是光电接收及信号放大装置(PM)，7是计算机。

图2中，8为光纤样品室底座，9为三维调节架，两个三维调节架9分别装在底座8的两端，10为空心光纤。其内将注入被测样品，图中的光纤被圈了一圈。11为入射端光纤封头，12为出射端光纤封头。激发光入射光2照射在光纤的封头顶端，并从光纤的另一端射出进入单色仪5。三维调节架9可调节光纤封头(11、12)的角度，准确接收入射光2和使出射光4对准单色仪5的窗口。

图3中，10是空心光纤，13为封头外套，可以是一根玻璃管及中间带有圆球的形状，14是封头的空心圆球部分，15是玻璃口。入射光2或出射光4从玻璃窗口15射入或射出，16是样品注入管，液体样品自这里注入外套的圆球部分14，再从玻璃窗口15处进入空心光纤10内，空心光纤10注满液体样品后，将两封头的样品注入管封死。17是铟锡灌封材料，将液体样品封在封头外套13和空心光纤10内，并保证不泄漏。

本发明的光纤样品室采用的原理是：注入液体样品的空心光纤一端被一激发光照射，当液体样品的折射率大于空心光纤壁的折射率时，光在空心光纤壁的内表面形成全反射。激发光在光纤内传播过程中，又不断地激发液体样品，所产生的喇曼光谱(或荧光光谱)也在光纤中传播，其强度不断被积累，最后从光纤另一端被“放大”输出。通常情况下，采用光纤样品获得的喇曼光谱，其强度比普通喇曼光谱方法的强度大10³倍左右。如果适当改变激发光的波长，还可产生共振喇曼光谱。共振喇曼光谱强度要比普通喇曼光谱的强度大10⁸～10⁹倍。

本发明所说的液体样品，包括有机的、无机的样品，还包括生物样品。所说的空心光纤其长度应根据光纤参数及样品性质相关的参数选取，或通过实验选取。由于使用三维调节架固定光纤的封头。光纤又可以在三维调节架之间打圈，因而更换和安装不同长度的光纤是很容易办到的。

为了检验本发明的测试效果，举一个测试实例：光纤长度取2m，样品为胡萝卜素溶CS₂中，样品浓度10^-15mol/L，激发光波长514.4nm，其喇曼光谱强度为普通喇曼光谱强度的10³倍。

本发明的光纤喇曼光谱仪，结构上较普通喇曼光谱仪并不复杂，而检测灵敏度大大提高。进而可降低对分光系统、光谱接收系统的性能要求，也就大大降低了喇曼光谱仪的制造成本。本发明的光纤样品室在安装、调节、更换空心光纤上也很方便。当采用较低能量的激发光时，即可获得较强的喇曼光谱(或荧光光谱)，因此，能应用于科研、环境保护、医学、药品、食品等方面的检测分析及大专院校理科实验教学，应用前景极其广阔。