[发明专利]一种拉曼光谱增强测量系统

说明书

本发明公开了一种拉曼光谱增强测量系统，包括光栅光谱仪、光发射/接收探头、样品池和激光光源，其中，所述样品池为液芯波导管样品池，所述液芯波导管样品池包括液芯波导管，所述液芯波导管设于密封室内，所述密封室上正对液芯波导管的一个管口处设有入射窗，所述密封室上正对液芯波导管的另一管口处设有出射窗；所述激光光源通过光发射和接收探头中的一条激发光路照射到样品池的入射窗；所述样品池的出射窗通过光发射和接收探头中的光发射和接收探头中的信号检测光路照射到光栅光谱仪。本发明能够解决金银等纳米增强技术的非线性和非均匀增强现象，同时弥补液芯波导的增强效果不足问题，从而使拉曼增强技术在农残检测中获得更好的应用。

技术领域

本发明涉及一种光谱测量系统，尤其涉及一种拉曼光谱增强测量系统，用于溶液物质的检测，如水质检测，药物残留检测，非法食品添加剂检测等多个检测领域。

背景技术

入射光子将电子激发到一个高能的虚态(virtual state)，电子随即退激发到一个低能态，发出散射光子。若电子的初态与末态的能级相同，那么散射光子与入射光子能量相等，称为瑞利散射；而电子初态与末态能级不同，那么散射光子与入射光子能量相异，称为拉曼散射。末态能级高于初始能级时，为斯托克斯拉曼散射；末态能级低于初始能级时，为反斯托克斯散射。斯托克斯和反斯托克斯散射的强度比率取决于处于基态或激发振动态的分子数量，可用Bolzmann方程计算。电子在通常温度范围内，最可能处于其最低的能态，因而斯托克斯散射比反斯托克斯散射更加常见，拉曼光谱仪一般仅测量斯托克斯拉曼散射。拉曼光谱是一种振动谱形式，即能量跃迁产生于分子的振动。因为振动与官能团(functional group)相关，当跃迁能量描绘成谱图时，可用来识别分子。

现有拉曼光谱测量系统一般包括激光光源，光收发探头，光谱仪，系统控制主板。其中激光光源作为拉曼信号的激发光源，被光收发探头的透镜聚焦后照射到被测样品表面。光收发探头是对激发光进行滤波，聚焦；对拉曼信号光进行收集，滤波，然后传输到光谱仪系统。光谱仪用来色散拉曼信号光，探测不同波长处拉曼信号强度。

常规拉曼光谱测量系统的缺陷在于：

激发光是聚焦后照射到被测样品，是单点激发拉曼信号，绝大部分的激发光都被锐利散射掉，没有充分利用。

激发光聚焦成点照射到样品表面，所产生的拉曼信号光以激发光照射点为中心向四周辐射，而探头的拉曼光收集系统受限于其透镜的NA和工作距离限制，只能收集很小的一个范围角内的拉曼辐射信号，因此使本就比较微弱的拉曼信号更加微弱，难于探测。

由于拉曼信号极其微弱，近年来又发展了SERS拉曼增强技术,SERS现象主要由金属表面基质受激而使局部电磁场增强所引起。效应的强弱取决于与光波长相对应的表面粗糙度大小，以及和波长相关的复杂的金属电介质作用的程度。通常需要使用贵金属金，银等。该方法在增强物质的拉曼信号时通常不是线性和均匀的，对物质的部分拉曼峰增强明显，部分峰常常没有效果，使得应用必须做大量的标样测试实验和谱图模型处理。

另一种拉曼增强的方式是液芯波导管技术，是指将激发光和待测液态样品引入波导管，激发光沿波导管传输时同时激发拉曼信号，大大增加了激发光和样品的作用距离；同时被激发的拉曼信号沿波导管不断增强传输，最终出射波导管。该技术对光谱的增强比较均匀，无增强试剂的选择性问题，但是在实际使用中增强效果不是非常显著，通常仅能达到几十至百倍的增强效果，对农残等需要PPM测试灵敏度的需求无法满足。

由上可见，为了使拉曼增强技术在农残应用中更好的应用，解决金银等纳米增强技术的非线性和非均匀增强现象，同时弥补液芯波导管的增强效果不足问题，有必要对现有的拉曼系统进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种拉曼光谱增强测量系统，能够解决金银等纳米增强技术的非线性和非均匀增强现象，同时弥补液芯波导的增强效果不足问题，从而使拉曼增强技术在农残应用中获得更好的应用。