專利名稱：一種便攜式拉曼光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器，尤其涉及一種便攜式拉曼光譜儀。
背景技術(shù)：
拉曼散射是光散射現(xiàn)象的一種，單色光束的入光光子與分子相互作用時(shí)可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞，在彈性碰撞過程中，光子與分子間沒有能量交換，光子只改變運(yùn)動(dòng)方向而不改變頻率，這種散射過程稱為瑞利散射。而在非彈性碰撞過程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅僅改變運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)光子的一部分能量傳遞給分子，或者分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射過程稱為拉曼散射。拉曼譜線的數(shù)目、位移值的大小和譜帶的強(qiáng)度等都與物質(zhì)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，這些信息都反映了分子的構(gòu)象及其所處的環(huán)境。拉曼光譜技術(shù)從物質(zhì)的分子振動(dòng)光譜來識別和區(qū)分不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，成為研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的有效手段。拉曼光譜的分析方法不需要對樣品進(jìn)行前處理，也沒有樣品的制備過程，避免了一些誤差的產(chǎn)生，并且在分析過程中操作簡單、測定時(shí)間短、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。拉曼光譜儀用于收集和檢測與入射光成直角的散射光，并對散射光光譜進(jìn)行分析和處理，從而得出物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。但是由于拉曼信號很弱，要求精密復(fù)雜的光學(xué)裝置，不利于現(xiàn)場測量，而光學(xué)纖維的發(fā)展為光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)開辟了新的工作方式，使光譜儀可以采取探頭和儀器主體分離的方式，簡化了光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，免除了繁瑣的調(diào)整過程，提高了使用的靈活性和可靠性，使拉曼光譜在線測量成為可能。這種用于在線測量的拉曼光譜就是便攜式拉曼光譜儀。當(dāng)前所流行的兩種探頭，一種是插入式探頭，原理上，由兩路并排排列的光纖構(gòu)成。使用時(shí)探頭直接浸入樣品，一路用于將激光傳送至樣品，另一路接收由樣品產(chǎn)生的散射光并將其傳回接收系統(tǒng)。另一種是外置式探頭，使用時(shí)探頭置于樣品之外，有兩路光纖， 激發(fā)光由一路光纖從光源傳至探頭，經(jīng)過探頭的光學(xué)系統(tǒng)和樣品容器的透光窗口會聚于樣品。來自于樣品的散射光被探頭收集并經(jīng)另一路光纖傳至接收系統(tǒng)。但上述兩種方式均存在問題，就是進(jìn)行分析所需要的樣品量較大，這樣就又限制了拉曼光譜儀的應(yīng)用，也限制了便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種便攜式拉曼光譜儀。本發(fā)明中，將微區(qū)系統(tǒng)集成入拉曼光譜儀系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上形成了便攜式拉曼光譜儀。此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對樣品表面的微米級分析，大大降低了樣品量的需求；在僅使用主系統(tǒng)分析時(shí)，又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。因此，本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補(bǔ)充，可推動(dòng)用于在線分析的便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
一種便攜式拉曼光譜儀，包括主系統(tǒng)，其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊，其中，所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接；以及微區(qū)系統(tǒng)，其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。 優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述主系統(tǒng)的激光器、分析模塊和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體內(nèi)，所述激光探頭位于所述箱體外側(cè)，其中，所述箱體在與所述樣品測試臺對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔，所述樣品測試臺通過所述狹長的孔與所述箱體的外部相通，所述箱體的一側(cè)還設(shè)置有顯示器，所述顯示器與所述第一成像模塊連接。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述箱體上方還設(shè)置有一提拉裝置。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀，還包括控制芯片，其中，所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片，所述主系統(tǒng)受所述控制芯片控制，所述激光器向所述激光探頭發(fā)出激光，所述分析模塊對拉曼信號進(jìn)行采集和分析，所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖，并且，所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片，所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片控制，所述激光器向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出激光，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦于位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品，并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊，其中，所述掃描裝置連接于所述控制芯片，對位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品進(jìn)行掃描，所述第二成像模塊連接于所述分析模塊，所述第二成像模塊還連接于所述控制芯片，所述第二成像模塊受所述控制芯片控制顯示拉曼譜圖，且所述箱體的顯示器也與所述第二成像模塊連接。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀，還包括電源芯片，所述電源芯片連接于所述控制芯片，同時(shí)連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)，聽述電源芯片受所述控制芯片控制，向所述主系統(tǒng)供電，或所述電源芯片受所述控制芯片控制，同時(shí)向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供電。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接，帶動(dòng)所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)相對于所述樣品測試臺上下運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，所述的便攜式拉曼光譜儀，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述樣品測試臺連接，帶動(dòng)所述樣品測試臺相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀，將微區(qū)系統(tǒng)集成入拉曼光譜儀系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上形成了便攜式拉曼光譜儀。此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對樣品表面的微米級分析，大大降低了樣品量的需求；在僅使用主系統(tǒng)分析時(shí)，又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。因此，本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補(bǔ)充，可推動(dòng)用于在線分析的便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的便攜式拉曼光譜儀的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種便攜式拉曼光譜儀，包括主系統(tǒng)，其包括有激光器3、激光探頭、分析模塊2和第一成像模塊，其中，所述激光器3、激光探頭、分析模塊 2和第一成像模塊依次連接；以及微區(qū)系統(tǒng)，其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6，其中，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6連接于所述激光器3，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6還連接于所述分析模塊2，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺11。上述便攜式拉曼光譜儀就是在拉曼光譜主系統(tǒng)上集成了微區(qū)系統(tǒng)。上述主系統(tǒng)包含了激光器3、激光探頭、分析模塊2和第一成像模塊(未示出)，并且，上述四部分依次連接。其中，第一成像模塊集成于分析模塊2內(nèi)部。使用主系統(tǒng)進(jìn)行在線檢測時(shí)，激光器3生成的激光經(jīng)由激光探頭8照射于樣品表面，激光探頭同時(shí)對來自于樣品表面的散射光進(jìn)行收集，并傳遞至分析模塊2對此拉曼信號進(jìn)行采集和分析，分析結(jié)果經(jīng)由第一成像模塊以拉曼譜圖的形式顯示于顯示器15。上述分析過程主要是針對樣品量較大的情況，在樣品量較小時(shí)，則啟動(dòng)微區(qū)系統(tǒng)。 使用微區(qū)系統(tǒng)時(shí)，激光器3所發(fā)生的激光進(jìn)入顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的光路，承載有樣品的載玻片位于樣品測試臺7，顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6對激光聚焦，并將照射于樣品，樣品散射光再經(jīng)由顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6傳遞至分析模塊2，從而可對拉曼信號進(jìn)行采集和分析，分析結(jié)果由第二成像模塊1以拉曼譜圖的形式顯示于顯示器15。顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6對激光具有聚焦功能， 縮小檢測區(qū)域，也就降低了對樣品量的需要。一般情況下，便攜式拉曼光譜儀不具備微區(qū)系統(tǒng)，本發(fā)明的便攜式拉曼光譜儀集成了微區(qū)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對樣品表面的微米級檢測，使得便攜式拉曼光譜儀在現(xiàn)場檢測中的應(yīng)用更加廣泛。在一個(gè)實(shí)施例中，主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)的工作過程均依賴于控制芯片4。主系統(tǒng)所包含的激光器3、分析模塊2以及第一成像模塊均連接于控制芯片4，受控制芯片4的控制，激光器3向激光探頭發(fā)出激光，分析模塊2對來自于樣品的散射光進(jìn)行采集和分析，而成像是依靠第一成像模塊實(shí)現(xiàn)，通過第一成像模塊將拉曼譜圖顯示于顯示器15。通過控制芯片4控制微區(qū)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6 采用共焦顯微技術(shù)。因此，微區(qū)系統(tǒng)還含有掃描裝置，掃描裝置實(shí)現(xiàn)了對樣品的掃描觀測， 與共焦顯微技術(shù)一起，對樣品進(jìn)行無損地分層掃描，達(dá)到“光學(xué)切片”的效果，對樣品進(jìn)行三維的逐點(diǎn)、逐行、逐層的微區(qū)分析。通過顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的共焦針孔的拉曼信號，經(jīng)會聚， 至分析模塊2的單色儀的入口狹縫，由單色儀分光、成像，通過第二成像模塊1顯示為拉曼譜圖，形成所謂樣品物質(zhì)組分分布的“地形圖”。這其中，顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6的工作過程的控制、掃描裝置的工作過程的控制、以及第一成像模塊與第二成像模塊之間的切換都是由控制芯片4實(shí)現(xiàn)。所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述主系統(tǒng)的激光器3、分析模塊2和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體13內(nèi)，所述激光探頭位于所述箱體13外側(cè)，其中，所述箱體13在與所述樣品測試臺11對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔12，所述樣品測試臺11通過所述狹長的孔12與所述箱體13的外部相通，所述箱體13的一側(cè)還設(shè)置有顯示器15，所述顯示器15與所述第一成像模塊連接。所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述箱體13上方還設(shè)置有一提拉裝置14。所述的便攜式拉曼光譜儀，還包括控制芯片5，其中，所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片5，所述主系統(tǒng)受所述控制芯片5控制，所述激光器3向所述激光探頭發(fā)出激光，所述分析模塊2對拉曼信號進(jìn)行采集和分析，所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖，并且，所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片5，所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片5控制，所述激光器3向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6發(fā)出激光，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6將激光聚焦于位于所述樣品測試臺11 的載玻片上的樣品，并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊2。所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊1，其中，所述掃描裝置連接于所述控制芯片4，對位于所述樣品測試臺11的載玻片上的樣品進(jìn)行掃描，所述第二成像模塊1連接于所述分析模塊2，所述第二成像模塊1還連接于所述控制芯片4，所述第二成像模塊1受所述控制芯片4控制顯示拉曼譜圖，且所述箱體13的顯示器15也與所述第二成像模塊1連接。所述的便攜式拉曼光譜儀，還包括電源芯片4，所述電源芯片4連接于所述控制芯片5，同時(shí)連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)，所述電源芯片4受所述控制芯片5控制，向所述主系統(tǒng)供電，或所述電源芯片4受所述控制芯片5控制，同時(shí)向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供 H1^ ο所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6連接，帶動(dòng)所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6相對于所述樣品測試臺11上下運(yùn)動(dòng)。所述的便攜式拉曼光譜儀中，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述樣品測試臺11 連接，帶動(dòng)所述樣品測試臺11相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)6上下運(yùn)動(dòng)。盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，包括主系統(tǒng)，其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊，其中，所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接；以及微區(qū)系統(tǒng)，其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器， 所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，所述主系統(tǒng)的激光器、分析模塊和第一成像模塊以及所述微區(qū)系統(tǒng)均設(shè)置于一箱體內(nèi)，所述激光探頭位于所述箱體外側(cè)，其中，所述箱體在與所述樣品測試臺對應(yīng)的位置設(shè)置有一狹長的孔，所述樣品測試臺通過所述狹長的孔與所述箱體的外部相通，所述箱體的一側(cè)還設(shè)置有顯示器，所述顯示器與所述第一成像模塊連接。
3.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，所述箱體上方還設(shè)置有一提拉裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，還包括控制芯片，其中，所述主系統(tǒng)連接于所述控制芯片，所述主系統(tǒng)受所述控制芯片控制，所述激光器向所述激光探頭發(fā)出激光，所述分析模塊對拉曼信號進(jìn)行采集和分析，所述第一成像模塊顯示拉曼譜圖， 并且，所述微區(qū)系統(tǒng)也連接于所述控制芯片，所述微區(qū)系統(tǒng)受所述控制芯片控制，所述激光器向所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出激光，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦于位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品，并將拉曼信號傳遞給所述分析模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括掃描裝置和第二成像模塊，其中，所述掃描裝置連接于所述控制芯片，對位于所述樣品測試臺的載玻片上的樣品進(jìn)行掃描，所述第二成像模塊連接于所述分析模塊，所述第二成像模塊還連接于所述控制芯片，所述第二成像模塊受所述控制芯片控制顯示拉曼譜圖，且所述箱體的顯示器也與所述第二成像模塊連接。
6.如權(quán)利要求4或5所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，還包括電源芯片，所述電源芯片連接于所述控制芯片，同時(shí)連接于所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)，所述電源芯片受所述控制芯片控制，向所述主系統(tǒng)供電，或所述電源芯片受所述控制芯片控制，同時(shí)向所述主系統(tǒng)和微區(qū)系統(tǒng)供電。
7.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接，帶動(dòng)所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)相對于所述樣品測試臺上下運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求2所述的便攜式拉曼光譜儀，其特征在于，所述微區(qū)系統(tǒng)還包括滑臺，其與所述樣品測試臺連接，帶動(dòng)所述樣品測試臺相對于所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式拉曼光譜儀，包括主系統(tǒng)，其包括有激光器、激光探頭、分析模塊和第一成像模塊，其中，所述激光器、激光探頭、所述分析模塊和所述第一成像模塊依次連接；以及微區(qū)系統(tǒng)，其包括有顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)連接于所述激光器，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)還連接于所述分析模塊，所述顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)置有可承載載玻片的樣品測試臺。本發(fā)明中，此便攜式拉曼光譜儀借由微區(qū)系統(tǒng)，大大降低了樣品量的需求；在僅使用主系統(tǒng)分析時(shí)，又可以開展常規(guī)的大樣品量的分析。本發(fā)明是對便攜式拉曼光譜儀的一種補(bǔ)充，可推動(dòng)便攜式拉曼光譜儀的發(fā)展。
文檔編號G01N21/65GK102313729SQ20111021701
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者吳紅彥, 紀(jì)軍, 袁丁, 趙喜 申請人:北京華泰諾安科技有限公司