[发明专利]一种用于动态表面增强拉曼光谱的自动聚焦方法及系统

说明书

本发明提供了一种在动态表面增强拉曼光谱检测过程中实时自动聚焦的装置与方法，在检测过程中对拉曼探头与样品之间的距离做自动化的调整使得准确对焦，使样品处获得较高得激光密度，进而获得样品较强的拉曼信号。本发明的方法能够有效获取动态表面增强拉曼光谱检测中实时的最佳光谱信号，整个过程无需人工干扰，自动简便。

技术领域

本发明涉及光谱、仪器学、数据处理领域，具体地，涉及一种在动态表面增强拉曼光谱测量中自动实时聚焦的拉曼信号检测方法及系统。

背景技术

在传统的表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy，SERS)中，将被测物体置于干燥的纳米膜上，可实现10⁴～10⁶的增强，为痕量和微量物质的灵敏检测带来了希望。然而，随着纳米科学技术的发展，特别是纳米材料合成技术的快速发展，SERS光谱技术发生了迅速的变化。

动态表面增强拉曼光谱(Dynamic Surface Enhanced Raman Spectroscopy,D-SERS)，是在纳米颗粒从湿态向干态转变的过程进行检测的一种SERS方法。在溶剂蒸发过程中，液-液界面自组装形成SERS热点，随着蒸发过程的进行，目标分子在毛细力作用下进入热点区域。随着越来越多的目标分子富集在热点区，可以观察到越来越强的SERS信号。在状态转换的过程中，产生了最佳热点，这是一个三维的长程有序结构，在D-SERS的过程中保持了大量的有效热点长达1～2分钟。实验结果表明，该方法可将SERS检测限提高2～3个数量级，具有良好的重现性和灵敏度性。

在正常的SERS检测中，人们习惯手动调整激光与被测样品之间的距离，通过观察激光光斑的大小来判断激光是否处于聚焦状态。在D-SERS检测过程中，溶剂从湿态到干态的转化通常需要8～10分钟，而热点的持续时间通常只有1～2分钟。因此，这种手动对焦的方法往往会消耗大量的精力，并且很难捕获高效的热点。目前市场上的拉曼检测仪器缺乏动态热点自动跟踪控制装置，无法实现对D-SERS的高效检测。为了解决这些问题，需要设计一种适合动态热点捕获自动聚焦系统的特殊装置。

目前，在一些大型拉曼光谱仪中，为了保证更高的测量精度要求，人们采用添加共聚焦显微系统的方法来实现自动聚焦拉曼光谱，但由于共聚焦显微镜价格昂贵，且体积较大，这种方式只适用于大型精密拉曼光谱仪装置，不应用于快速检测场景。此外，针对一些便携式拉曼光谱仪或手持拉曼光谱仪，已有报道的自动调焦方法，大多是基于显微镜，通过对图像清晰度评价值来控制步进电机的运动，该方法将图像处理技术与聚焦搜索算法相结合，从而实现拉曼光谱自动调焦。然而，这通常需要复杂的图像处理技术。更重要的是，在D-SERS检测过程中，当激光照射到溶剂上时，激光在液滴表面的折射和反射会对图像处理造成干扰，往往难以确定焦点。此外，人们很容易想到通过收集瑞利散射光作为调焦反馈信号来实现拉曼光谱仪的自动聚焦功能。但是这种方法需要建立另一个反馈光路，通常只适用于大型拉曼光谱仪。因此，有必要研制一种适用于D-SERS检测的自动聚焦系统。

发明内容

鉴于当前并没有能够适用于D-SERS检测的自动聚焦方式，本发明提供了一种在动态表面增强拉曼光谱检测过程中实时自动聚焦的方法及系统，具体的：

本发明提供了一种用于动态表面增强拉曼光谱的自动聚焦方法，其是在光谱采集拉曼检测过程中对拉曼探头与样品之间的距离做自动化调整使得准确对焦，使样品处获得较高的激光密度，进而获得样品较强的拉曼信号。

上述所述的自动聚焦方法，其中，所述自动化调整的方法是将载物台置于可移动的线性位移平台上，线性位移平台通过控制器控制移动，所述控制器接收来自计算机的指令；计算机用于对原始拉曼光谱信号进行处理以及谱峰检测并计算谱峰强度评价值；计算机根据谱峰强度评价值的变化，判断激光是否处于焦点位置；

如果不在焦点位置，发出指令给所述控制器，由所述控制器控制所述线性位移平台做出相应的移动，直至样品在所设置的精度范围内；