opTechnologies公司；型号:PT20202)发出的激光通过光纤传输后再通过光纤親合器(23)将激光输送至光路模块(8)内，沿水平方向经扩束透镜组(15)扩束或变成平行光，再经过带通滤光片(Τ>90% §780?790nm) (16)滤掉杂散光，然后以45度的入射角入射到785nm双色分光镜(R>98% i785nm, T>90% i841-1600nm) (17)上，反射光沿竖直方向从下向上经二向色分光镜(R>98% i450-764nm, T>88% i>789nm) (12)透射，再由物镜(10)聚焦后经检测窗口(4)照射到样品(30)表面上；激发样品(30)表面产生的拉曼信号经由物镜(10)收集，沿竖直方向从上向下依次经过二向色分光镜(R>98% i450-764nm, T>88% i>789nm)
(12)、785nm 双色分光镜(R>98% @785nm，T>90% i841-1600nm) (17)，再经过 785nm 长通滤光片(美国 semrock公司，型号:BLP01-785R-25x36 ；T>90%i>812.lnm) (18)滤掉瑞利散射光，经过信号光整形透镜(19)扩束或变成平行光，最后经拉曼信号光纤耦合器(22)将拉曼信号输送到微型光谱仪(5，中国福州Photop Technologies公司；型号:PT20007)内进行数据分析。
[0031]实施例3
[0032]图3为本发明中为LED白光光源(21)和直流电机(6)供电的电路结构示意图，其中除LED白光光源(21)和直流电机(6)外，所有部件均集成在电机与光源供电模块(7)中。
[0033]电机与光源供电模块(7)由两部分组成，一部分由第一可调降压模块(28，美国Texasinstruments公司生产的LM2596S-ADJ DC-DC可调降压模块，输入电压3?40V，输出电压1.5?35V)和LED光源控制开关(26)组成，LED光源控制开关(26)为单开双控开关，第一可调降压模块(28)将输入的12V直流电转换后，实现稳定的5V直流输出，为LED白光光源(21)供电。另一部分由第二可调降压模块(29，美国Texasinstruments公司生产的LM2596S-ADJ DC-DC可调降压模块，输入电压3?40V，输出电压1.5?35V)和直流电机控制开关(27)组成，直流电机控制开关(27)为单开双控开关，第二可调降压模块(29)将输入的12V直流电转换后，实现稳定的5V直流输出，为直流电机(6)供电。
[0034]第一可调降压模块(28)、LED光源控制开关(26)和LED白光光源(21)串联。通过LED光源控制开关(26)控制LED白光光源(21)的点亮、关断或高低亮度切换。当LED光源控制开关(26)置上开启时，高阻电阻(24)(阻值为200欧姆)接入到串联回路中，LED白光光源(21)点亮且为低亮度照明；当开关(26)置中间时，无电流流经LED白光光源(21)，为关断状态；iLED光源控制开关(26)置下开启时，低阻电阻(25)(阻值为73欧姆)接入到串联回路中，LED白光光源(21)点亮且为高亮度照明。
[0035]第二可调降压模块(29)、直流电机控制开关(27)和直流电机(6)串联。通过直流电机控制开关(27)控制直流电机￠)的上升和下降。以仪器整体镜头竖直摆放为工作方向，当直流电机控制开关(27)置上开启时，直流电机(6)正向旋转，推动精细位移台(2)向上运动；直流电机控制开关(27)置中间时，为关断状态，直流电机(6)不旋转，精细位移台
(2)不运动；当直流电机控制开关(27)置下开启时，直流电机(6)反向旋转，拉动精细位移台⑵向下运动。
[0036]实施例4
[0037]图4为本发明所示装置对检测样品(30)的CCD(14)显微照片。其中，所选样品
(30)为“微流控芯片”(该芯片为应用雕刻机在聚甲基丙烯酸甲脂有机玻璃上雕刻而成的通道，并覆盖上同材质有机玻璃，应用有机玻璃热固性质，在120°C温度下烘烤4个小时形成微流控芯片的管导通路)，左图为激光管(3)关闭下样品(30)在CCD(14)上的显微照片，右图为激光管(3)功率输出调至3mW时样品(30)在CCD(14)上的显微照片。由显微测量尺标定后得到如图4左上方所示标尺，该样品(30)的显微图像中的通道直径约50μπι，右图中相同位置的显微照片中圆形亮斑为激光管(3)输出功率为3mW时发射的激光在样品(30)表面成像的激光光斑，光斑直径约70 μ??，由此可以证明，本发明可以实现样品(30)内部微米尺度定位拉曼光谱分析。
[0038]实施例5
[0039]图5为本发明实施例(6)由光谱仪(5)获得的微流控芯片样品(30)中通入经典银溶胶与4-巯基吡啶的混合溶液的表面增强拉曼光谱。将浓度为10_5摩尔每升的4-巯基吡啶与经典银溶胶(合成方法参考文献:J.Phys.Chem.1982，86，3391-3395)体积比I:9分别泵入微流控芯片样品(30)的闭合通道中，并用本发明中的仪器装置在闭合通道内检测4-巯基吡啶的银溶胶增强拉曼信号。通过激光器(3)发出的785nm波长激光，光强10mW(经过光路各组件的衰减后，至样品(30)表面的激光功率约为1mW)，积分时间10秒。从拉曼光谱图的峰强度可以说明此仪器装置的灵敏度满足常规检测低浓度样品(30)拉曼光谱的要求。谱图的峰位位置分明，从图中的1009、1061、1096、1578波数等峰位可以证明被检测物质为4-巯基吡啶，从而证明本仪器的波长分辨率满足分析要求。本发明实施例6所涉及的样品(30)浓度为低浓度物质，通过对图5的上述分析，证明本发明所涉及的仪器装置满足了便携式拉曼光谱检测仪高灵敏度、高分辨率的要求。
【主权项】
1.一种集成化、可成像式便携激光拉曼光谱检测仪，其特征在于: a、由激光管(3)、机械位移模块、电机与光源供电模块(7)、集成光路模块(8)和高灵敏度微型光谱仪(5)五部分组成，这五部分共同集成安装在仪器框架(I)内； b、机械位移模块由一部微型直流电机(6)和一个精细位移台(2)组成，微型直流电机(6)竖直固定在精细位移台(2)的侧面，集成光路模块(8)固定在精细位移台(2)上； c、集成光路模块(8)包括显微成像光路和激光拉曼光谱激发与采集光路两部分，通过集成光路模块(8)内的二向色分光镜(12)将显微成像光路和激光拉曼光谱激发与采集光路集成在一起； d、激光拉曼光谱激发与采集光路由扩束透镜组、带通滤光片、二向色分光镜、聚焦透镜组和物镜构成；由激光管(3)发出的激光通过光纤传输后再通过光纤耦合器(23)将激光输送至集成光路模块(8)内，沿水平方向经扩束透镜组(15)扩束或变成平行光，再经过带通滤光片(16)滤掉杂散光，然后以45度的入射角入射到785nm双色分光镜(17)上，反射光沿竖直方向从下向上经二向色分光镜(12)透射，再由物镜(10)聚焦后经检测窗口(4)照射到样品(30)表面上；样品(30)表面在入射光激发下产生的拉曼信号经由物镜(10)收集，沿竖直方向从上向下依次经过二向色分光镜(12)、785nm双色分光镜(17)，再经过785nm长通滤光片(18)滤掉瑞利散射光，经过信号光整形透镜(19)扩束或变成平行光，经拉曼信号光纤耦合器(22)后由光纤将拉曼信号输送到高灵敏微型光谱仪(5)内进行数据分析与处理； e、显微成像光路由LED白光光源、聚焦透镜组、半反半透镜、二向色分光镜、物镜和CCD构成；由LED白光光源(21)出射的白光沿竖直方向从下向上经凸透镜(20)会聚后以45度的入射角入射到半反半透镜(11)上，经半反半透镜(11)反射后沿水平方向以45度的入射角入射到二向色分光镜(12)上，反射光再沿竖直方向从下向上由物镜(10)聚焦后经检测窗口(4)照射到位于物镜(10)后焦平面上的样品(30)表面上，样品(30)表面的反射光沿竖直方向从上向下经物镜(10)后变成平行光，然后以45度的入射角入射到二向色分光镜(12)上，反射光沿水平方向经过半反半透镜(11)、聚焦凸透镜(13)聚焦成像到CCD(14)上，使激光光斑在样品表面的精确位置实时成像至CCD，从而实现样品的定位分析。2.如权利要求1所述的一种集成化、可成像式便携激光拉曼光谱检测仪，其特征在于:电机与光源供电模块(X)由两部分组成，一部分由第一可调降压模块(28)、LED光源控制开关(26)、高阻电阻(24)和低阻电阻(25)组成，LED光源控制开关(26)为单开双控开关，第一可调降压模块(28)将输入的12V直流电转换后，实现稳定的5V直流输出，为LED白光光源(21)供电；另一部分由第二可调降压模块(29)和直流电机控制开关(27)组成，直流电机控制开关(27)为单开双控开关，第二可调降压模块(29)将输入的12V直流电转换后，实现稳定的5V直流输出，为直流电机(6)供电。3.如权利要求2所述的一种集成化、可成像式便携激光拉曼光谱检测仪，其特征在于:第一可调降压模块(28)、LED光源控制开关(26)和LED白光光源(21)串联；通过LED光源控制开关(26)控制LED白光光源(21)的点亮或关断；当LED光源控制开关(26)置上开启时，高阻电阻(24)接入到串联回路中，LED白光光源(21)点亮且为低亮度照明；当开关(26)置中间时，无电流流经LED白光光源(21)，为关断状态；当LED光源控制开关(26)置下开启时，低阻电阻(25)接入到串联回路中，LED白光光源(21)点亮且为高亮度照明。4.如权利要求2所述的一种集成化、可成像式便携激光拉曼光谱检测仪，其特征在于:第二可调降压模块(29)、直流电机控制开关(27)和直流电机￠)串联，通过直流电机控制开关(27)控制直流电机￠)的上升或下降；以仪器整体镜头竖直摆放为工作方向，当直流电机控制开关(27)置上开启时，直流电机￠)正向旋转，推动精细位移台(2)向上运动；直流电机控制开关(27)置中间时，为关断状态，直流电机(6)不旋转，精细位移台(2)不运动；当直流电机控制开关(27)置下开启时，直流电机(6)反向旋转，拉动精细位移台(2)向下运动。
【专利摘要】一种采用激光拉曼光谱技术的集成度高、具有成像功能的便携式分析仪器，属于便携式分析仪器技术领域。由激光管、机械位移模块、电机与光源供电模块、集成光路模块和高灵敏度微型光谱仪五部分组成，这五部分共同集成安装在仪器框架内。本发明采用显微成像光路与拉曼光谱采集光路部分一体化设计，可以使激光光斑在样品表面的精确位置实时成像至CCD图像传感器，从而实现样品的定位分析。本发明采用的高集成度的光路系统搭载小型电机驱动精密位移台设计，紧凑的电路排布，搭配小型高灵敏度光谱仪，将仪器整体体积缩小到微型尺寸，方便操作。在整体微型设计、仪器的整体体积与重量设计上做了大量的优化，实现了小型化、便携化。
【IPC分类】G01N21/65
【公开号】CN104931479
【申请号】CN201510334471
【发明人】徐蔚青, 陈雷, 徐抒平, 耿乙迦, 陈刚, 田中群, 刘向源, 王海龙, 赵冰, 周向华
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月16日