[发明专利]一种用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统及方法

说明书

本发明提供的用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统，包括：激发光源模块、受激拉曼‑自发拉曼模式切换模块、激光扫描模块、载物模块及信号采集模块，激发光源模块包括高重频脉冲激光器及连续激光器，高重频脉冲激光器是受激拉曼散射成像的激发光源，连续激光器是自发拉曼散射光谱的激发光源；受激拉曼‑自发拉曼模式切换模块包括前后两个导轨，各安装两个可移动方块，前、后导轨的左侧方块构成第一组方块，在受激拉曼散射成像模式下工作，前、后导轨的右侧方块构成第二组方块，在自发拉曼散射成像模式下工作；激光扫描模块包括二维扫描振镜、扫描镜及管镜；载物模块包括物镜及载物平台；信号采集模块包括光电探测器、锁相放大器及光谱仪。

技术领域

本发明属于环境污染物检测技术领域，具体涉及一种用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统及方法。

背景技术

塑料材料由于具有重量轻、耐腐蚀等特点，在食品包装、建筑建材诸多方面有广泛地使用，极大地提高了人们的生活质量。然而，大量使用之后废弃的塑料制品难以降解形成的“白色污染”给生态环境带去了严重影响。其中，部分塑料制品经过物理、化学、生物等作用，尺寸越来越小而形成次生微塑料、甚至纳米塑料，再加上牙膏、磨砂膏中使用的原生微/纳米塑料，这些塑料颗粒比表面积大，是很多有机污染物和重金属的载体，并且极易通过食物链传递到生物体中。有研究报道，在全球各地的环境中、饮用水和食物中都有发现微/纳米塑料。为了更好的解决塑料污染问题，微/纳米塑料环境浓度的可靠数据至关重要。

目前，对于塑料颗粒的检测方法主要有红外光谱、自发拉曼光谱、热解气相色谱、质谱以及扫描电镜技术，但是它们都存在明显的局限性，比如，红外光谱的空间分辨率低，难以检测出小尺寸(2微米)的颗粒，自发拉曼光谱信号微弱，检测效率低，难以满足高效的实际筛查需求，扫描电镜对化学组分的特异性低。

隶属于非线性光学成像范畴的受激拉曼散射显微技术，在自发拉曼散射的基础上引入了受激辐射的概念，通过相干振动将拉曼散射信号放大数个量级，使其能够针对单个拉曼峰位进行化学特异性的快速成像，但同时丢失了拉曼散射的全光谱信息，难以对塑料的具体种类进行归分。综上，现有塑料检测技术存在无法实现高通量、高分辨率地筛查纳/微米塑料的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统及方法。为此，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统，其特征在于，包括：激发光源模块、受激拉曼-自发拉曼模式切换模块、激光扫描模块、载物模块、信号采集模块，其中，激发光源模块包括高重频脉冲激光器、连续激光器、第一反射镜、二向色镜以及第二反射镜，高重频脉冲激光器用作受激拉曼散射成像的激发光源，发射的激光为皮秒激光，具有两路输出，分别为固定波长的斯托克斯光与波长可调谐的泵浦光，连续激光器用作自发拉曼散射光谱的激发光源，第一反射镜用于将斯托克斯光反射到二向色镜处，二向色镜用于将斯托克斯光与泵浦光合束，第二反射镜用于将合束后的光反射进入受激拉曼-自发拉曼模式切换模块，受激拉曼-自发拉曼模式切换模块包括前后两个卡槽导轨，前导轨、后导轨上均安装有左右两个可移动式方块，前导轨、后导轨上的左侧方块共同构成第一组方块，用于在受激拉曼散射成像模式下工作，前导轨、后导轨上的右侧方块构成第二组方块，用于在自发拉曼散射光谱模式下工作，激光扫描模块包括二维扫描振镜、扫描镜与管镜，用于接收来自受激拉曼-自发拉曼模式切换模块的激光，从而扫描样本，载物模块包括载物平台以及物镜，载物平台用于放置样本，信号采集模块包括光电探测器、锁相放大器、光谱仪，其中，光电探测器、锁相放大器作为受激拉曼散射成像的探测端，光谱仪作为自发拉曼散射光谱的探测端。

在本发明提供的用于纳/微塑料快速检测的拉曼光谱成像系统中，还可以具有这样的特征：前导轨上的左侧方块中安装有第三反射镜，后导轨上的左侧方块中安装有第四反射镜，用于将皮秒激光导入激光扫描模块，后导轨上的右侧方块中安装有长通短反二向色镜，用于后续分离拉曼散射光信号。