一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备的制作方法

文档序号:19366205发布日期:2019-12-10 20:51阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼光谱的设备,所述设备

包括表面增强拉曼光谱探头i;

或者,包括表面等离子体激元共振拉曼光谱探头ii;

或者,包括光谱仪;所述光谱仪包括所述探头i或探头ii;

或者,包括表面等离子体激元共振拉曼/吸收双光谱和折射率三重功能的光谱分析仪,所述三重功能的光谱分析仪包括所述探头i或探头ii;

或者,包括开发手提式小型拉曼光谱仪,所述开发手提式小型拉曼光谱仪包括所述探头i或探头ii;

或者,包括流式粒子拉曼分析仪,所述流式粒子拉曼分析仪包括所述探头i或探头ii;

上述设备均需配置小型相干性好的tem00单纵模激光器组件和小型光谱仪组件,该两组件通过光纤传输连接到拉曼光谱探头,或者与拉曼光谱探头的光路设计成一体的小型拉曼光谱仪;

所述探头i和探头ii还包括:外反射型抛物镜或内反射型抛物镜,其利用其的全孔径角2πsr收集样品拉曼散射光束;样品是固相或液相或气相,被吸附在载物片或sers-拉曼芯片上,精确设置在抛物镜的焦点;激励光源是一种波长为近红外、或可见、或近紫外激光束;采用直径数毫米较大的激光束和大数值孔径的高品质物镜,把激光束聚焦到外或内反射型抛物镜的焦点上,以传输光模式激励样品;或采用直径一毫米的细激光束,通过外或内反射型抛物镜的反射-聚焦到抛物镜焦点上,以spr-隐失光(evnesentwave)模式激励样品;并采用以下设置提高收集拉曼散射光谱信息的信噪比:在传输光模式激励样品中,采用背向收集拉曼散射光束;在隐失光模式激励样品中,将spr反射光束引出拉曼散射光的镜筒之外;在收集拉曼散射光束的第一个聚焦点上设置空间滤波器针孔,隔离杂散光;利用45度入射长波通双色滤光镜和垂直入射长波通双色滤光镜,隔离瑞利散射和杂散光,使系统收集拉曼散射光谱信息的信噪比高于106至108

2.如权利要求1所述的一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,所述抛物镜采用硬铜或硬铝或钛合金为基质,经过精密加工、抛光,表面镀或不镀增反射膜的外反射型抛物镜;或用光学玻璃或光学石英玻璃或高分子光学有机聚合塑料为基质的、经过精密抛光或模压成型的、镀或不镀增反射膜的内反射型抛物镜或外反射型抛物镜;将样品放在抛物镜的焦点上,以保证表面增强拉曼散射光谱设备具有2πsr全孔径角或接近全孔径角收集拉曼散射。

3.如权利要求1所述的一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,同时收集样品前向加后向拉曼散射,可提高系统的灵敏度,在抛物镜的焦点截面、样品之上,设置与抛物镜焦点共心的半球长波反短波通双色滤光镜,该双色滤光镜是实心或空心的半球镜,半球面精密加工、抛光成型,或用模压加工成型该半球镜可以保证系统在4πsr孔径角内收集到设置在抛物镜焦点上的样品的全部拉曼散射信息。

4.如权利要求1所述的一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,采用整体型的抛物镜,在所述抛物镜顶端开槽或打小孔,将毛细管中的样品或毛细管型sers-拉曼芯片中的样品,设置在抛物镜的焦点上,使收集拉曼散射的孔径角达到3πsr。

5.如权利要求1所述一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,为了保证激光束有好的聚焦质量,设置高品质大数值孔径物镜聚焦,在外反射式截距b=4mm~10mm较大型抛物镜拉曼光谱设备中,正好在被抛物镜反射收集成平行输出的拉曼散射光束中间,有一个可以设置大数值孔径物镜的盲区空间,设置高品质物镜,用于聚焦相干性好的激光束激励样品,该物镜一方面用于保证激励光束聚焦到样品上的光斑尺度达到2μm~4μm和保证激励光束有很好的相干性,使sers-样品具有超高增强因子;或利用该物镜和引入激励光束的45度入射长波通短波反双色滤光镜,将原不能被抛物镜反射收集的拉曼散射光束,与抛物镜收集的拉曼散射光束一起,一并收集起来,使该系统收集拉曼散射总的有效孔径角可以达到或接近2πsr。

6.如权利要求1所述一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,在内反射式截距b=4~10mm较大型抛物镜的主轴上,设置高品质口径大于抛物镜截距b二倍的物镜激励样品,当样品的反向拉曼散射中最大入射角为90度的光束,通过折射进入具有较高折射率的抛物镜体内时,其出射角小于60度为界限,经抛物镜内反射之后的拉曼散射平行光束中有一个大于2b尺度的盲区,允许在该盲区中设计口径大于2b的高品质物镜,用该物镜配置45度入射长波通短波反双色滤光镜,用于在主轴的侧向输入平行的激励激光束,该激励激光束通过该物镜可以获得4微米-6微米的焦斑,同时,在原有1sr收集拉曼散射的盲区中对应na~0.25的拉曼散射光束,又可以被该物镜收集,因此,该系统收集拉曼散射总的有效孔径角为5.5sr。

7.如权利要求1所述一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,其特征是,在外反射式或内反射式抛物镜spr-拉曼光谱设备中,采用直径1mm的tem00单纵模相干性好平行细激光束,通过精密抛物镜反射聚焦到设置在抛物镜焦点的样品上,以表面等离子体激元共振spr入射角θspr-隐失光激励样品,此spr增强拉曼光谱探头和拉曼光谱仪,需要增加用于调节入射角的线性精密测微调节机构(16)和透镜(18)+光电探测器(19)″组件作为spr反射光束强度的检测系统;在用精密测微调节机构(16)调节激励激光束的入射角时,同时用光电探测器(19)读数,检测spr反射光束的强度,当光电探测器(19)显示极小值时,入射角即达到θspr;此时,检测到的拉曼光谱就是样品的spr拉曼光谱;同时,利用已知样品折射率定标的标准曲线,即可从精密测微调节机构(16)的读数,检测出未知样品的平均折射率。

8.如权利要7所述一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备,还有可以替代所述用于调节入射角的线性精密测微调节机构(16)的另一方案,其特征是,在平行细激光束中插入一块高精度光学平板玻璃,该平板玻璃固定在精密电控检测角位移的台面上,由其测控光学平板玻璃的转角;通过高精度光学平板玻璃的转角可以调节平行细激光束的平移,达到精密调节设置在抛物镜焦点的样品上的入射角,实现精确调节spr入射角θspr目的。

9.如权利要求1所述一种用全孔径角抛物镜收集表面增强拉曼散射光谱的设备中,使spr-拉曼光谱设备增加检测样品吸收光谱的功能,其特征是,在外反射式或内反射式抛物镜spr-拉曼光谱设备的基础上,需要增加一套“宽光谱白光光源(21)和透镜(15)+光纤红外吸收光谱仪(22)”吸收光谱插入式系统;首先,调整好插入式spr-拉曼光谱检测系统组件,即调整好以spr-θspr入射角激励样品(5)的下述两个组件:“spr拉曼光谱激光器(1)+小透镜(15)”组件和“检测反射光束的透镜(18)+光电探测器(19)”组件,完成spr-拉曼光谱检测和样品的平均折射率检测;然后,调整好另一套增加的检测样品吸收光谱插入式系统组件;即用“宽光谱白光光源(21)替代激励spr拉曼光谱激光器(1)”和用“透镜(13)+宽光谱光纤近红外吸收光谱仪(22)”组件替代“透镜(18)+光电探测器(19)”组件,即可检测同一样品的吸收光谱,实现同时检测样品拉曼/吸收双光谱和折射率三重功能的光谱分析仪。

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