专利名称：便携式光纤表面增强拉曼光谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及表面增强拉曼光谱技术，特别涉及利用光纤作为表面增强拉曼光谱的基底的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪。
背景技术：
表面增强拉曼光谱(SurfaceEnhanced Raman Scattering, SERS)是一种新兴分子振动光谱分析技术。由于振动光谱是物质分子的指纹，SERS可以用于准确定性鉴别样品。SERS具有超高的分析灵敏度，较普通拉曼分析灵敏度提高约10个数量级，可分析小到分子，大到细胞水平的研究对象。即SERS技术是一种可以对痕量及超痕量样品同时进行定性和定量的分析技术，具有极为广泛的应用前景。利用光纤作为SERS基底被认为是将SERS技术应用于现场及遥感分析最可靠和最有应用前景的方式之一。在先技术(Gustavo F. S. Andrade, Meikun Fan, AlexandreG. Brolo.Multilayer silver nanoparticles-modified optical fiber tip forhigh performance SERS remote sensing,Biosensors and bioelectronics25，2010，2270-2275)将光源，光谱仪与光纤基底通过显微镜与空间光路进行耦合传输。这种方案中光纤基底与显微镜间的耦合结构复杂，难以用于现场与遥感分析。此外，在先技术没有对光极表面进行自组装膜修饰，使得光极分析应用的对象有限。而现有的便携式普通拉曼光谱仪主要针对常量分析而设计，这些仪器价格昂贵，最关键的是没有配套高可靠性SERS活性基底(substrate)，利用这种仪器开展SERS分析通常需要使用金或银纳米粒子溶液，不仅操作复杂而且重现性低，不适合定量分析。因此，这种设备无法满足现场痕量及超痕量定性定量分析的要求。因此，需要一种便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，避免常规表面增强拉曼光谱(SERS)分析制样过程繁琐的弱点，具有便携式拉曼光谱仪的优点，可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对微量及痕量样品给出定性定量结果；这对国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生领域有十分重要的意义。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，避免常规表面增强拉曼光谱(SERS)分析制样过程繁琐的弱点，具有便携式拉曼光谱仪的优点，可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对微量及痕量样品给出定性定量结果，对国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生领域有十分重要的意义。本实用新型的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，包括拉曼光谱仪本体，所述光谱仪本体连接有用于通过激发激光并用于采集样品拉曼光谱信号光的光极，所述光极由表面增强活性基底直接构建于光纤端部形成。进一步，所述光极的表面增强活性基底由一层以上的自组装纳米材料层构成；进一步，最外层的自组装纳米材料层外表面修饰有用于分离富集及识别样品自组装分子膜；进一步，拉曼光谱仪本体包括激发激光光路和拉曼光谱信号光路，激发激光光路和拉曼光谱信号光路通过一 1X2光纤分束器耦合并与光极通过光极光纤连接；进一步，所述拉曼光谱信号光路的拉曼光谱信号通过CXD传感器输入一中央处理器；进一步，所述激发激光光路和拉曼光谱信号光路设置于一壳体内，所述1X2光纤分束器与光极光纤通过一光纤连接器可拆卸式连接，该光纤连接器与光极光纤连接的接口外露于壳体；进一步，所述中央处理器为一储存有多种物质SERS光谱数据库的计算机；所述计算机与拉曼光谱仪本体之间通过数据线或无线连接；进一步，激发激光光路包括激光光源和连接于激光光源与1X2光纤分束器之间的激发激光光纤，所述拉曼光谱信号光路包括与IX2光纤分束器连接的拉曼光谱信号光纤和光处理设备。本实用新型的有益效果本实用新型的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，使便携式拉曼光谱仪本体与将SERS活性基底直接构建在光纤一端形成的光极整合，光纤同时承担传输激发激光和SERS信号，由于构成光极的光纤对制样和仪器光路的要求极低，具有较低的成本，因而避免常规表面增强拉曼光谱(SERS)分析制样过程繁琐且成本较高的缺点，使得本实用新型具有便携式拉曼光谱仪的优点，可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对微量及痕量样品给出定性定量结果，对国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生领域有十分重要的意义。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型的结构原理示意图；图2为光极结构示意图。
具体实施方式
图1为本实用新型的结构原理示意图，如图所示本实施例的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，包括拉曼光谱仪本体1，所述光谱仪本体I连接有用于通过激发激光18并用于米集样品拉曼光谱信号光17的光极16,所述光极16由表面增强活性基底直接构建于光纤端部形成；如图所示，光极16位于样品15内，激发激光18和样品拉曼光谱信号光17通过光极16。本实施例中，所述光极16的表面增强活性基底由一层以上的自组装纳米材料层构成；利用光纤作为SERS基底的载体，其上自组装有金、银、铜等纳米材料； 本实施例中，最外层的自组装纳米材料层外表面修饰有用于分离富集及识别样品自组装分子膜16a ;制作时，使其兼有分离富集和内参比功能，形成配套高灵敏度和高可靠性的SERS光极。本实施例中，所述拉曼光谱仪本体I包括激发激光光路和拉曼光谱信号光路，激发激光光路和拉曼光谱信号光路通过一 1X2光纤分束器12耦合并与光极16通过光极光纤14连接；结构简单紧凑，光极光纤14同时承担传输激发激光和SERS信号；SERS光极对制样(sampling)和仪器光路的要求极低，且廉价可抛弃，极大地降低了成本。本实施例中，所述拉曼光谱信号光路的拉曼光谱信号通过CCD传感器2输入一中央处理器19 ;中央处理器19可以是计算机主机以及单片机等数据处理设备。本实施例中，所述激发激光光路和拉曼光谱信号光路设置于一壳体20内，所述1X2光纤分束器12与光极光纤14通过一光纤连接器13可拆卸式连接，该光纤连接器13与光极光纤14连接的接口外露于壳体20 ;使用简单方便，更符合本实用新型所具有的便携式优点。本实施例中，所述中央处理器19为一储存表面增强拉曼光谱数据库的计算机；所述计算机与拉曼光谱仪本体I之间通过数据线或无线连接，本实施例采用数据线；今后，可依据建立的SERS光谱数据库，建立智能联机检索方法以实现对未知物定性的要求；SERS光谱数据库将有助于应用本系统对痕量及超痕量样品进行定性。本实施例中，激发激光光路包括激光光源9和连接于激光光源9与I X 2光纤分束器12之间的激发激光光纤10，所述拉曼光谱信号光路包括与1X2光纤分束器12连接的拉曼光谱信号光纤11和光处理设备，在光源、基底与光谱仪本体之间采用全光纤连接，进一步利于现场使用与遥感分析；如图所示，光处理设备包括使拉曼光谱信号光17依次通过的狭缝7、准直镜6、滤波片5、反射光栅8、物镜4及反射镜3，进行一系列的衍射、准直等处理，反射镜3将处理后的拉曼光谱信号光输入(XD传感器2。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于包括拉曼光谱仪本体，所述光谱仪本体连接有用于通过激发激光并用于采集样品拉曼光谱信号光的光极，所述光极由表面增强活性基底直接构建于光纤端部形成。
2.根据权利要求1所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于所述光极的表面增强活性基底由一层以上的自组装纳米材料层构成。
3.根据权利要求2所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于最外层的自组装纳米材料层外表面修饰有用于分离富集及识别样品自组装分子膜。
4.根据权利要求3所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于拉曼光谱仪本体包括激发激光光路和拉曼光谱信号光路，激发激光光路和拉曼光谱信号光路通过一1X2光纤分束器耦合并与光极通过光极光纤连接。
5.根据权利要求4所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于所述拉曼光谱信号光路的拉曼光谱信号通过CXD传感器输入一中央处理器。
6.根据权利要求5所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于所述激发激光光路和拉曼光谱信号光路设置于一壳体内，所述IX 2光纤分束器与光极光纤通过一光纤连接器可拆卸式连接，该光纤连接器与光极光纤连接的接口外露于壳体。
7.根据权利要求6所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于所述中央处理器为一储存有SERS光谱数据库的计算机；所述计算机与拉曼光谱仪本体之间通过数据线或无线连接。
8.根据权利要求7所述的便携式光纤表面增强拉曼光谱仪，其特征在于激发激光光路包括激光光源和连接于激光光源与1X2光纤分束器之间的激发激光光纤，所述拉曼光谱信号光路包括与1X2光纤分束器连接的拉曼光谱信号光纤和光处理设备。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式光纤表面增强拉曼(SERS)光谱仪，包括拉曼光谱仪本体，光谱仪本体连接有用于通过激发激光并用于采集样品拉曼光谱信号光的光极，光极由表面增强活性基底直接构建于光纤端部形成；本实用新型使便携式拉曼光谱仪本体与将表面增强拉曼光谱活性基底直接构建在光纤一端形成的光极整合，由于构成光极的光纤对制样和仪器光路的要求极低，具有较低的成本，因而避免常规SERS分析制样过程繁琐、重现性较差且成本较高的缺点，使得本实用新型具有便携式拉曼光谱仪的优点，但又可在现场分析中实现超高灵敏度即测即显示分析，可对微量及痕量样品给出定性定量结果；本实用新型的推广对国土安全，环境监测，食品安全及医疗卫生领域有十分重要的意义。
文档编号G01N21/65GK202837188SQ20122027048
公开日2013年3月27日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者范美坤, 胡建明, 刘焕明, 梅军, 孙旭平 申请人:中物院成都科学技术发展中心