[发明专利]一种原位集成多光谱测量系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于测试仪器技术领域，具体涉及一种原位集成多光谱测量系统及检测方法。

背景技术

光谱测量已经发展为一种成熟的检测分析方法，广泛应用于物理、化学、材料、生物、医学等领域。但是目前的光谱仪器多是单光谱测量仪器，如需对样品进行多种光谱测量，则要使用多台仪器分别进行测量。

对于针对复杂样品的分析或是针对简单样品的高效分析，单光谱测量仪器难以满足要求。复合多光谱同时测量分析是一种有效的解决策略，一次测量即能同时给出多种光谱检测信息，不仅可以减少制样次数，降低样品消耗，还能够有效提高多种光谱检测结果的相关性。

基于表面等离子体共振原位检测技术，在原位检测表面等离子体共振吸收光谱的同时，还可利用表面等离子体激子诱导激发并原位检测如荧光光谱、瑞利散射光谱、拉曼光谱等多种光谱信号。目前主要集中于包括表面等离子体共振吸收光谱和表面等离子体激子诱导激发的一种光谱信号的双光谱同时检测系统，多种光谱的原位同时检测装置尚待发展；而且对于一些微弱光谱信号，检测角度的调节能够有效地优化信号的收集效率，进而提高信号强度与信噪比，因此，在装置或系统中如能灵活调节光谱信号的检测角度是非常重要且有意义的。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种原位集成多光谱测量系统及方法。该系统中：激发光的入射角度和表面等离子体共振吸收光谱信号的检测角度可联动或独立调节；具有多条光谱信号收集通道，信号检测角度灵活可调；能够有效提高光谱信号的激发效率与收集效率；能够同时收集多种光谱信号；亦可实现多通道同时检测同种光谱信号后再累加，从而提高信噪比与检测灵敏度。本发明可同时检测的光谱信号的数目不限，能够实现三维空间光激发与信号检测。本发明可实现同一样品同一区域同一时刻的多种光谱信号的检测分析，方便于简单或复杂样品的性质的高效分析与表征，以及界面上多物种的检测与监测。

本发明所提供的原位集成多光谱测量系统，主要包括原位集成多光谱诱导激发单元、至少一个光源及激发光聚焦单元、至少三个光谱信号检测单元；还包括至少一个圆环形轨道和与所述圆环形轨道相匹配的径向辐射臂，每条臂均可绕相应的圆环形轨道的中心轴沿圆环形轨道滑动，其中，所述径向辐射臂的总条数至少为四条；

所述光源及激发光聚焦单元固定在同一条径向辐射臂上，该径向辐射臂定义为光激发臂；

所述至少三个光谱信号检测单元分别固定在其它径向辐射臂上，以用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号和其它表面等离子体激子诱导激发光谱信号，如表面等离子体激子诱导激发荧光光谱、表面等离子体激子诱导激发拉曼光谱、表面等离子体激子诱导激发瑞利散射光谱等光谱信号；所述光源及激发光聚焦单元固定的径向辐射臂与表面等离子体共振吸收光谱信号检测臂可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，实现光激发角度与反射的表面等离子体共振吸收光谱信号检测角度的调节；所述其它表面等离子体激子诱导激发光谱信号检测臂各自可绕圆环形轨道的中心轴沿轨道滑动，从而可改变并优化光谱信号的检测角度；

所述圆环形轨道中至少一个圆环形轨道具有与其相匹配的至少两条径向辐射臂，其中一条径向辐射臂上固定有光源及激发光聚焦单元，另一条径向辐射臂上固定有用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号的光谱信号检测单元；该圆环形轨道定义为第一圆环形轨道；

所述原位集成多光谱诱导激发单元为一表面等离子体共振耦合元件，其位于所述第一圆环形轨道的中心区域；所述表面等离子体共振耦合元件由表面等离子体共振耦合棱镜和制备于其工作面的表面等离子体共振传感膜组成；所述表面等离子体共振传感膜的非样品接触表面和表面等离子体共振耦合棱镜的中央对称面的交线与所述第一圆环形轨道的中心轴重合。

当所述原位集成多光谱测量系统具有一个圆环形轨道时，所述的至少四条径向辐射臂共轴且与该圆环形轨道相匹配。当所述原位集成多光谱测量系统具有至少两个圆环形轨道时，固定有用于检测表面等离子体激子诱导激发光谱信号的光谱信号检测单元的径向辐射臂可与固定有用于检测表面等离子体共振吸收光谱信号的光谱信号检测单元的径向辐射臂共轴且与同一个圆环形轨道相匹配，或分别与不同的圆环形轨道相匹配。