[发明专利]一种基于紫外拉曼光谱分析的远距离物质检测装置

说明书

本发明提供一种基于紫外拉曼光谱分析的远距离物质检测装置，涉及激光检测领域，包括：远程检测探头，包括同轴设置的一紫外准直镜和一紫外物镜；紫外激光器，用于持续发射紫外激光束并通过紫外光路组件发送至远程检测探头，通过紫外准直镜汇聚照射一检测目标；远程检测探头通过紫外物镜持续接收目标散射光，并经紫外光路组件发送至一紫外光谱仪，紫外光谱仪对目标散射光进行滤光和光谱分析得到目标光谱曲线并摄取得到拉曼光谱；分析装置，用于将拉曼光谱与复数个已知物质光谱数据多维比对，得到物质成分分析结果。本发明使用紫外脉动准连续射出激光器使激光的发射距离增大，实现远距离不接触检测，配合使用滤光组件以减小杂光对检测精度的影响。

技术领域

本发明涉及激光检测领域，尤其涉及一种基于紫外拉曼光谱分析的远距离物质检测装置。

背景技术

现在能进行物质成分分析的仪器有很多，但是能实现远程对数米外的物质进行检测分析的仪器却很少，特别是能在现场进行远距离不接触物质分析的检测手段现在还很稀缺。讨论其原因，在于现在常用的物质分析仪器中除了激光拉曼光谱仪外，质谱仪虽然准确但很笨重，被检测样品需制备后放入检测端依靠电离在真空磁场下进行质谱分析，不能远程检测；各种红外光谱仪也需将测品制备后放入仪器测其在红外辐射下红外吸收峰组成的特征红外光谱，难以对远处目标物进行精细检测；气相色谱需采集物品挥发气体送入仪器测气体分子在毛细管中的奔跑速度，不适合对远处各种物品分析；离子迁移谱仪能高灵敏地对气体分子或擦拭到的样品分子进行其离子的电场下迁移率特征值分析，但难以进行远距离不接触检测；飞秒激光THz谱物质分析能实现数十厘米内的物品成分分析，但造价非常高昂，难以远距离检测；其他聚合物荧光淬灭检测、X光透视或背散射检测、电介质检测、声表面波检测、化学反应检测等都不能远距离不接触地检测出目标物是哪个物质成分。

对于激光拉曼光谱仪，其依靠激光束打在物体上能激发产生物质分子振动能级跳跃吸收产生的散射光谱，此代表了各种物质分子的特征值，用光谱仪截获并摄取可得到此物体的激光拉曼光谱曲线，从而能精细地分析和检测样品是哪种物质。但激光拉曼光谱仪的激光波长和检测距离直接关系到分析效果：由于激光激发的散射光谱能量大小仅为激发光能量的1/10或还更低，接收的光能值以距离平方反比关系影响检测距离，距离越远激发光能量愈发很弱；而光的能量大小与波长有关，拉曼散射强度与激发光波长的4次方成反比，例如波长 633nm激光激发的拉曼光谱强度比波长325nm激光激发的小了14倍；物体分子受到光照射还会激发产生荧光，这些荧光会干扰可见光的拉曼光谱检测；物质在激发光的某些紫外波长上会激发产生共振光谱现象，这是一种增强输出的散射光。早期的激光拉曼光谱仪检测是用可见光激光或近红外光激光进行近距离照射物体得到激发的拉曼光谱，可以进行一些物品的近距离物质分析，但也经常会受到荧光对可见光或红外的拉曼光谱曲线的干扰，样品距离稍远就因能量太弱而就激发不出可摄取的拉曼散射光谱，因此，过去受制于可见光及红外光的本征拉曼散射效率不高和荧光干扰等问题，普通激光拉曼光谱仪只适用于在物品旁进行检测分析。

近些年出现了采用紫外激光的拉曼光谱仪器和技术，虽然提高了本征拉曼散射效率，消除了荧光对拉曼光谱曲线的干扰，但一般拉曼光谱仪器的检测距离仍然不够远，受制于紫外激光能量较小、紫外光学系统的成像质量较差、检测探头的光学焦距短、孔径小等因素而没有物品检测分析距离达到数米远的拉曼光谱仪器在市场中出现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于紫外拉曼光谱分析的远距离物质检测装置，具体包括：

远程检测探头，所述远程检测探头包括同轴设置的一紫外准直镜和一紫外物镜；

紫外激光器，通过一紫外光路组件连接所述远程检测探头，用于持续发射紫外激光束，各所述紫外激光束通过所述紫外光路组件发送至所述远程检测探头，并通过所述紫外准直镜汇聚后照射于一检测目标；

紫外光谱仪，通过所述紫外光路组件连接所述远程检测探头，所述远程检测探头通过所述紫外物镜持续接收所述检测目标产生的目标散射光，并经由所述紫外光路组件发送至所述紫外光谱仪；