用于拉曼信号检测的装置和方法

专利名称：用于拉曼信号检测的装置和方法
用于拉曼信号检测的装置和方法本发明涉及用于在电磁辐射中的拉曼信号检测的装置和方法。已经发现特别适用 于存在于淹没拉曼信号的背景中的拉曼信号的检测。拉曼光谱学用于研究样本中的原子或分子的振动。可以认为光是由称为光子的粒 子所组成。当光子射入物质时，就会发生多个不同事件中的一种。光子可以没有任何改变 通过，它也能被吸收或者它也能被散射。在散射的情况下，光子的行进方向由散射事件来改 变。一般来说，光子的能量不改变-这就称之为弹性散射。有时，光子的能量会改变-这就 称之为非弹性散射或者拉曼散射。能量改变的大小严格等于物质振动的能量。由于振动所 “允许”的能量(频率)通常形成确切定义的离散数值集，非弹性散射光的光谱通常也呈现 出一组一个或多个确切定义的数值(实际上被称为拉曼频带的频带)并且这些通常也都是 与物质相关的特性。拉曼分光计测量散射光的光谱。该光谱常常是以强度(光子计数)与波数漂移 (以CnT1测量)来画的，波数漂移正比于光子能量从入射到散射光子的变化。从原理上说， 入射光子的波长可被任意选择。但在实践中，通常是选择可见光或近可见波长。波长越短 (光子能量越高)，则拉曼信号就越大；没有增强的拉曼信号(以光子数量进行测量)近似 正比于激发光子能量的三次方。没有增强的拉曼效率的典型值为10_8至10_12(以入射每个 激发光子出现多少拉曼光子进行测量)。如果入射光子被物质或材料所吸收，则随后可能出现的事件之一是材料发射另一 个光子(通常具有较低的能量)。这有时被称为发光。这些发射光子中的部分光子与拉曼 散射光子无法区别，尽管有时在吸收和发射过程之间存在着小的时间差。许多“真实世界”的样本都会包含着来自其它材料的污染。这些其它材料或者即 使感兴趣的样本常会呈现出一定程度的发光，其会淹没拉曼信号。拉曼分光计典型的是由下列构成单色光(通常是激光)、将该光传输至样本的一 些方法、用于收集来自样本的散射/发射光的一些方法、用于过滤弹性散射分量的方法以 及用于分析剩余光以将光强确定为它的光子能量(波长或颜色)的函数的方法。1980年代后期和1990年代早期的技术进步使得能够制造有效的拉曼分光计。这 些进步包括非常高效的电荷耦合器件(CCD)摄像机和非常高效的全息摄像凹式滤光片。最 近，研发还包括电介质滤光片、激光器(使得拉曼光谱学能够在更宽的激发波长的范围内 使用)以及另外一些小的使得衍射栅格和CCD更加有效的改进。另外，用于耦合射入样本 或来自样本的光的光学器件有了新的演变并且新的光纤已经普遍用于这一目的(但不是 唯一的)。在真实世界的应用中，拉曼光谱学使用的主要限制之一是来自发光的干涉。发光 (是它发出的荧光、磷光或者一些其它机制)通常要比拉曼散射高效得多。然而，当入射光 子的能量在(或者接近于)样本的电子吸收频带中时，就会产生高效的发光。对于给定的 材料和环境而言，这些吸收频带在波长方面是固定的。因此，当处理发光的样本时，选择发 光不是十分高效但仍能提供合理的拉曼散射的激发波长是共同的实践。通过选择趋于光谱的短波长(高光子能量)一端的激发波长就能避免(部分)发光，因为与最终的拉曼散射相比，该发光可能在更长的波长上发生。拉曼散射将变得更加有 效，并且也可通过共振过程得到增强。然而，光学器件的制造通常将变得越来越具有挑战 性(也因此变得越来越贵)并且高的激发光子能量会损坏样本。选择趋于光谱中的长波长 (较低光子能量)一端的激发波长，发光会再次变弱，因为入射光子不具有足够的能量来激 发电子态，但拉曼散射也会变得更弱。因此，从拉曼散射的观点来看，经常较佳的是使用远 离近可见光谱末端的某处的激发波长，但这时常会产生相当数量的发光。拉曼频带典型的是几个CHT1宽(SPJcnr1至10’s cm-1)。发光发射通常有几十纳 米直至 IOOnm宽。对于典型的可见光激发波长而言，Inm 20至40cm—1。因此，发光发射 频带大致比拉曼频带宽两个数量级左右。在典型的拉曼光谱中，任何发光都可以平滑的、或许有些弯曲的背景电平来出现。 众所周知，背景减去技术被用于消除该背景和使拉曼信号成为在(近)零基线上的一系列 频带。这些所熟知的技术减去平滑的曲线；它们不能减去与背景相关的噪声。拉曼信号不 得不与该噪声电平相竞争。大的背景电平就会有大的噪声电平，这依旧会淹没弱的拉曼信 号，也许会使得拉曼频带不能被检测到。根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于检测样本发射的辐射中的一个或 多个拉曼频带的装置，该样本响应以波长振荡的发光而发射辐射，所述发射的辐射作为在 频率范围内的一组离散的检测信号被检测，该装置包括信号处理器，该信号处理器被设置 为a.从检测信号中提取时间依赖的强度信号；b.对于时间依赖的强度信号，确定相对于在振荡发光的所选择波长上或者振荡发 光的波长范围内的样本发光具有时域一致性的信号，并获得每个该信号随时间的平均值； 以及c.从所述获得的平均值产生拉曼频带数据值，产生至少一个拉曼频带数据值的步 骤包括选择至少两个获得的平均值并将其组合从而获得增强的数据值。已经发现通过对在上述步骤“b”所产生的一组获得的随时间的平均值的相对简单 的处理就能够使得拉曼频带的光谱表示相对于诸如噪声的其它分量优先得到增强。检测信 号都是光谱相关的，因为它们是作为发射辐射波长范围内的离散的测量而产生的。时间依 赖的强度信号和获得的平均值也因此都是光谱相关的。能用于产生发射辐射的光谱表示的 一系列获得的平均值具有体现拉曼频带的显著特性，并且这些显著特性允许对获得的平均 值的相对简单的处理来产生在该光谱表示中的拉曼频带的增强出现。一种选择和组合至少两个获得的平均值的方法是选择具有规定极性的数值(例 如，负的数值)并将这些数值移动到光谱表示中的不同光谱位置上，将它们的幅值加入与 该光谱位置相关的任何正的数值的幅值。一般来说，如果光谱移动使得所选择的数值移至 在光谱表示中的某一位置(在该位置上有其幅值可相加的数值)，这将增强拉曼频带的出 现。这是因为使用步骤“b”的获得的平均值的总体效果是噪声和其它背景相比于拉曼频带 所体现的显著特性将趋于比较接近于零，并因此移动和相加获得的平均值的幅值也将只趋 于使得拉曼频带数值具有明显的增强效应。另一种选择和组合至少两个获得的平均值的方法是对获得的平均值的连续系列 积分。在这种情况下，平均值的选择可以通过选择在系列中的各下一个获得的平均值并与原先平均值的现存总数相加简单地完成。实际上，本发明的实施例在下列场合特别有效被检测的拉曼频带具有与发光振 荡的波长范围可比的宽度。本发明的实施例还可以包括发光源，用于照射样本，该源可以控 制从而以波长范围内的波长振荡，该波长范围与被检测的至少一个拉曼频带宽度具有相同 的量级。在任何具体的实验安排中的有效波长范围都可通过实验和误差来发现。然而，在 一个实例中，“相同的量级”这里可指不大于5倍的宽度或者更优选的是在大约或小于50% 的宽度。如果波长范围大于被检测拉曼频带宽度的10倍，则该频带可能难以被检测。为了检测拉曼频带，发射的辐射需要在相对于发光辐射的波长范围有偏移的波长 范围内进行检测。与上述可控源一起使用的本发明实施例还进一步包括波长敏感检测装 置，用于检测样本在多个检测波长上或者波长范围内所发出的电磁辐射的强度，从而给出 所述离散检测信号组，所述检测波长或检测波长范围相对于发光波长范围有偏移。将上述单元放在一起，本发明实施例可以包括用于通过产生一个或多个拉曼频带 的光谱表示的各个光谱单元的数据值来执行拉曼谱测量的装置，该装置包括i)发光源，用于提供样本的窄频带电磁辐射发光，该发光以相对于拉曼频带宽度 可比的范围内的波长振荡；ii)波长敏感检测装置，用于检测被照射的样本在多个检测波长上或波长范围内 发出的电磁辐射的强度以给出一组检测信号，该检测波长或检测波长范围相对于发光波 长范围有偏移；以及iii)检测信号处理器，所述检测信号处理器设置成采用下述方法来处理所述检测
信号a.从各个检测信号中提取一组时间依赖的强度信号；b.对于所述时间依赖的强度信号，确定相对于样本发光波长具有时域一致性的信 号以及获得各个该信号随时间的平均值；以及c.从所述获得的平均值中产生一个或多个拉曼频带的光谱表示的各个单元的数 据值，产生至少一个数据值的步骤包括选择至少两个获得的平均值并将其组合以获得增强 的数据值。本发明实施例允许原先“难以检测的”拉曼信号能被检测和测量，尽管该信号被背 景噪声所淹没，或者等效地，尽管其是相对较背景噪声显得微弱的信号，从而改进它的信噪 比。从各个检测信号中提取一组时间依赖的强度信号的步骤“a”可以通过下列方式完 成减去检测信号随时间的平均值从而产生在零附近变化的基线校正时间依赖的信号。这 就去除了一般背景电平的检测信号的贡献，一般背景电平不是时间依赖的。随后，在确定相对于样本发光具有时域一致性的分量的步骤“b”中，可以包括将基 线校正信号乘以参考信号，该参考信号包括至少一个与发光的波长振荡频率有关的频率。 信号所需分量可随后通过确定基线校正信号和参考信号的该乘积的平均值(随时间的)来 找到。例如，参考信号可以包括波长振荡的基频和/或其谐波。这就有效地消除了与背景 电平相关的许多噪声。步骤“C”认识到，只要发光的波长振荡的范围与待测拉曼频带的宽度可比，来自步 骤“b”的输出(即基线校正信号和参考信号的乘积随时间的平均值)可以产生拉曼频带光谱的区别导数，拉曼频带光谱的区别导数随后以增大数据光谱表示中的拉曼频带的方式 (从而使它们更易被检测)被求和或积分。例如，如果参考信号包括发光的波长振荡的基 频，则对每个拉曼频带，区别导数表现为具有正的波峰并随后跟随负的波谷的“之字形曲 线”。如果在之字形曲线中的数值被数值积分，这就会产生中心位于拉曼频带中间的增大的 波峰。可选地，如果在正的波峰和负的波谷中的数值的模朝相互重叠的方向移动，则就再次 给出表示拉曼频带的精确定位和增大的波峰。这可以通过下列方式完成将每个值的模移 动相同的固定偏移值，偏移方向根据该值是来自于正的波峰还是负的波谷来确定。如果参考信号包含发光的波长振荡的一次谐波频率，则区别导数对于每个拉曼频 道表现为带横向波谷的中央波峰。这些数值仍然可以用于通过下列方式检测到拉曼频带 提取中央波峰中的数值的大小并且将来自横向波谷的数值的模相加(但是朝着相互交叠 中央波峰的方向移动一个固定的偏移值)。例如固定的偏移值可以使横向波谷坐落到中央 波峰的中央。在这种情况下，需要区分横向波谷从而可以沿正确的方向移动每个波谷的数 值的模。这可以通过参考上述涉及基频的“之字形曲线”来完成。之字形曲线的正的和负 的部分将映射到不同的各个横向波谷并因此用于区别它们。在两种情况下，涉及步骤“C”的上述提及的固定偏移值较佳的是接近或等于发光 的波长振荡的幅值。只要波长振荡的波峰至波峰的范围近似等于相关的拉曼频带的宽度， 这就能在基于步骤“C”的拉曼频带表示中保持就拉曼频带宽度而言的精度。同样，如果波 长范围内的发光振荡至少大致等于将被表示的拉曼频带的光谱范围，则一般意味着拉曼频 带的“区别导数”是最显著的。发光和/或参考信号的波长变化可以由例如平滑的正弦波形来表示，这意味着参 考信号以连续方式往返穿越波长范围内的波长；或者它也可以离散正弦波形来表示，这意 味着参考信号重复往返地穿越波长范围内的波长，显示朝向所述范围的端部的波长加上至 少一个居中的波长；或者它还可以由方波来表示，其中参考信号在所述范围的两端的两个 波长之间切换。在按照本发明第一方面的实施例中，波长敏感检测装置优选地是接收在大于拉曼 频带宽度的光谱范围内的电磁辐射。这就允许它产生在拉曼频带范围内的强度信号，而频 带本身在波长敏感检测装置的范围内移动。这些强度信号仍籍助于步骤“C”(将两个或更 多个检测信号的获得的平均值的幅值组合)促成拉曼频带的表示。在使用中，可以向发光源提供参考信号，以便于产生发光的波长振荡。这就能确保 在开始分析检测信号时的频率匹配。然而，并不一定要使用相同的信号。拉曼频带的光谱表示可以包括由基频参考频率和参考频率的一次谐波获得的数 据。应该注意的是，也可以使用更高阶的谐波来进一步细化最后的光谱。在本发明的实施例中，可以意识到的是，使激发辐射以波长振荡产生来自样本的 输出，其中拉曼频带在检测器阵列之上，以三维方式在空间上来回振荡。这些拉曼频带的空 间扫描必然具有与振荡的激发辐射有关的频率分量，使得频带能够被检测到。通过处理各 个检测器针对其各自波长的时间分辨的响应，就能够在光谱显示器上产生拉曼频带的直接 表不。如上所述，较佳的是，由发光振荡所包含的波峰至波峰波长范围与希望检测的拉 曼频带的宽度具有相同的量级，因为这增强了拉曼信号的信噪比。如果波长范围太大或太小，例如相对于拉曼频带宽度达到10倍，则该拉曼信号就可能变得难以检测到。较佳的是， 使用更加复杂的波长变化函数，例如两个或更多个各自具有不同幅值“a”和不同时域频率 的振荡的叠加。这就允许拉曼频带表示的选择，其已经借助于在波长范围和频带宽度之间 的最佳匹配实现。也可以处理单个样本的拉曼频带宽度中的潜在差异，使得能够作分析操 作以对不同尺寸的频带给出高效的检测。根据本发明的第二方面，提供了一种检测样本发射的辐射中的一个或多个拉曼频 带的方法，该样本响应于以波长振荡的发光而发射辐射，所述发射的辐射作为波长范围内 的一组离散检测信号被检测，该方法包括a.从所述检测信号中提取时间依赖的强度信号；b.对于所述时间依赖的强度信号，确定相对于在振荡发光的所选择波长上或者波 长范围内的样本发光具有时域一致性的分量并获得各个该分量随时间的平均值；以及c.从所述获得的平均值中产生拉曼频带数据值，产生至少一个拉曼频带数据值的 步骤包括选择至少两个获得的平均值并将其进行组合以便获得增强的数据值。本发明在其第二方面的实施例还可以执行与本发明在其第一方面相关的上述任 意或所有步骤，例如以辐射照射所述样本，该辐射以波长范围内的波长振荡，该波长范围与 至少一个被检测的拉曼频带的宽度具有相同的量级。在另一实例中，本发明在其第二方面 的实施例可以包括检测被照射样本在多个检测波长上或波长范围内发射的电磁辐射的强 度，从而给出所述离散检测信号组，每个检测波长或者波长范围都在样本被照射的波长范 围之外。如果合适，与本发明一个方面或任一实施例相关的所述任意特性都可以应用于本 发明的一个或多个其它方面或实施例。现在仅籍助于实例，参考附图讨论根据本发明实施例的拉曼检测装置，其中

图1A、1B、1C、1D显示了具有替换的发光源装置的检测装置的示意图；图2图解显示了在使用图IA的装置时入射到一组5个检测器的每一个上的随时 间变化的光；图3显示了图2的各个检测器接收到的随时间变化的信号的图解说明；图4显示了图3所示信号的频率分量的图解说明；图5显示了由参考信号驱动的激发辐射波长的图解说明，所述参考信号具有用于 激发样本以产生图3所示信号的正弦振荡；图6显示了检测装置可以用于检测的理想拉曼光谱的类型，其不具有任何噪声并 具有平坦背景；图7显示了强度相对于波数的随时间的模拟曲线，其可以被记录以用于使用图6 的理想拉曼光谱的图2的检测器的扩展组；图8显示了来自单个检测器的信号连同图5的参考信号的强度与时间的曲线；图9显示了具有被减去的平均值的图8的强度与时间曲线、参考信号的强度与时 间曲线及其两者乘积的强度与时间曲线；图10显示了光谱移动处理的图解说明，该处理可以用于从图3和图14B所示信号 产生拉曼频带的表示；图11显示了使用常规方法学获得的光谱，该光谱中没有激发辐射的振荡；
图12和13显示了使用基于激发波长的正弦变化的本发明实施例所获得的光谱， 首先用于参考信号的基频，并且其次用于它的一次谐波；图14A显示了激发辐射波长的图解说明，其具有方波振荡以在使用可选的程序中 的检测装置时用来激发样本；图14B显示了响应图14A所示激发辐射，各个检测器接收到的信号的图解说明；图15显示了使用基于产生拉曼光谱表示的第二方法的本发明实施例获得的光 谱；图16至19显示了使用具有不同于图11至15的光谱参数的参数的模拟拉曼光谱 获得的光谱，其中，拉曼信号被按比例增强并且所有其它参数都是相同的。这些光谱分别使 用下列方法获得 常规的方法 正弦曲线变化和基频以及分析的第一种方法 正弦曲线变化和一次谐波以及分析的第一种方法 正弦曲线变化和分析的第二种方法图20至23重复了图16至19的形式，但使用加倍的参考信号振荡的幅值；以及图M显示数值积分处理的图解说明，该处理可以替代图10所示的处理被使用， 以用于从图3或14B所示的信号中产生拉曼频带的表示。应该注意的是，附图没有按比例绘制。设备参考图1A，拉曼检测装置包括发光源105，其以电磁辐射照射样本100。发光源 105 (在如图IA中的虚椭圆轮廓内示出)由控制系统110驱动，控制系统可以用于施加参考 信号160(如图IB至ID所示)，参考信号具有变化发射的电磁辐射波长的效应。样本100 所发出的至少部分电磁辐射被收集并引导到分光计150，该分光计包括 滤光片(和收集器件)135，用于去除大部分弹性散射辐射 色散单元115，例如衍射光栅或者棱镜，用于根据波长产生剩余辐射的空间扩展 检测器阵列120(例如电荷耦合器件(CCD)的单元)，用于接收空间扩展的辐射 并给出由各个检测器接收的辐射强度的测量。这些检测器120形成一组信号通道125，各个 信号通道涉及空间扩展的辐射的整个光谱上一个小的波长范围或者光谱单元 放大器140，用于信号通道125; 模拟至数字转换器145 (ADC)，用于对通道传输的放大信号进行数字化ADC 145输出的数字化数据可随后由检测信号处理器155进行处理，该检测信号 处理器以在计算平台130上安装的软件的形式实施。可以注意到，放大器140和ADC 145通常集成在CXD(“电荷耦合器件”)摄像机中 并且对终端用户都是“透明”的。基本的要求只是(最好是线性)的阵列检测器，这由CCD 类检测器合适地提供，但也可能是起检测器单元阵列作用的任何器件。总得来说，本发明的实施例使用电磁辐射的发光源105，它可以几个cm—1的波长 (即，拉曼频带的带宽量级)进行振荡。检测器120所接收到的测量光谱将由近似静态的背 景信号、它相关的噪声和叠加的拉曼信号组成，该拉曼信号沿着光谱轴与发光源105的振 荡同步振荡。通过测量与光源同步振荡的最后的信号，就能从大的、噪声背景中提取出较弱的拉曼信号，因为背景不应该具有特殊的频率响应-即，它是白噪声。本发明实施例所使用 方法来提取在检测器上与发光源105同步变化的信号分量，并随后通过求和或积分来组合 这些信号以重构拉曼信号，即使原先拉曼信号在背景噪声之上是难以检测到的。参考图IB至1D，以下将讨论适用的发光源105，源105在各种情况下如图IA中的 相同虚线椭圆轮廓内部所示。参考图1B，可以使用两个激光器105，选择这些激光器以发射两个不同的波长(频 率)的辐射，这两个不同的波长近似为典型拉曼频带间隔的宽度(几个cm—1)。在来自一个 激光器的辐射入射到样本100之前或之时，它的光路与来自第二个激光器的辐射的光路是 一致的。随后，将来自两个激光器105的辐射交替切换，使得入射样本100上的辐射实际上 在两个发光源105之间突变。激光器105本身可以开启和关闭，但光学上更为稳定的设置 可能是使用由参考信号160驱动的光学调制器或者斩波轮165，它们相移180°，从而以交 变的方式来调制激光器105的输出。各个激光器105都具有较窄的光谱范围，即，明显地小于被检测的拉曼频带的宽 度而且也许是例如亚lcnT1。一些激光器技术发射比这窄得多的光线并同样可以使用得很 好。也可以选择多于两个激光器105，每个激光器以不同波长发射辐射。入射到样本 100的辐射可以在这些不同的激光器105之间突变。参考图1C，在第二个设置中，单个激光器105的输出可以在两个(或多个)离散的 波长之间调谐或者两个极端的波长之间平滑振荡。这类激光源的一个实施例是二极管激光 器，它具有一个外部布拉格反馈光栅170，使用压电底座，使该反馈光栅在参考信号160的 控制下倾斜。参考图1D，在第三种设置中，使用在最大和最小波长之间的所有(许多)波长发射 的光源105，借助由参考信号160驱动的单色镜175 (例如衍射光栅、法布里-珀罗标准器或 者其它)以过滤其输出，从而选择一个窄波长频带作为最后的发射。再次参考图1A，就检测器120而言，有许多合适的单个单元和多个单元的检测器 可用。较佳的光谱检测器由线性(或者两维但以线性方式使用)单元阵列组成，例如CCD。 现在，其它技术(例如雪崩光电二极管(APD)和光电倍增管)在阵列形式中变得可用。在 本发明实施例中使用的检测器120的重要特征是它对光线适当的波长的高度敏感、低噪声 并能快速读取信号。对于实际器件来说，读取的速度是重要的，其中源以特定频率(典型是 在大约KHz至Hz的范围)振荡，并且因此检测器上的各个像素的光线强度需要以该“帧率” 乘以检测器阵列中的单元数目来读取。各个检测通道125的波长范围需要足够小，以便于能够在整个被检测拉曼频带上 获得足够高的采样速率，从而能够适当地重构拉曼频带。例如，检测器单元120的合理数量 是几个，即5个至20个覆盖典型的拉曼频带的检测器单元120。较为适用的检测装置的熟 悉类型是色散分光计。就物理特性而言，大多数色散分光计将入射的光扩展成线，其中线的 一端对应于短的波长而线的另一端则对应于长的波长。检测器单元120也具有有限的物理 尺寸(有效面积)。各个检测器单元120的两侧对应于稍有不同的波长，在其间具有波长的 连续扩展。这就确定了分光计的像素分辨率。如果要将光扩展成较宽的线或者使用具有较 小单元120的检测器，则会提高像素的分辨率。实际上，分光计上一般还具有入口狭缝。该狭缝在色散方向上起到有限孔径的作用。如果采用较为狭窄的狭缝，就能够使得分光计受 到像素分辨率的限制，但不会使得许多的光通过狭缝。因此，使用较宽的狭缝使得更多的光 进入，但检测器单元120上的狭缝的图像的尺寸就会大于一个单元的尺寸。现在，光谱分辨 率受到狭缝宽度的限制。有可能使用多于20个检测器单元120的分光计，这些单元覆盖单个拉曼频带但获 得整个拉曼光谱中的大部分(通常由许多离散的频带组成)，这样就有可能需要长得多且 不太可能实现的检测器。就仪器而言，有许多制造拉曼分光计的公司。这些仪器的通常要求是较窄线宽的 激光器(典型的是小于lcm—1)、去除大部分瑞利(Rayleigh)散射光的光学滤光片以及具有 多个单元、低噪声、高量子效率的检测器的光学摄谱仪。这里不描述这些单元公司，因为它 们都是业界和文献中所熟悉的。本发明实施例所需要的特殊性能是 波长可以变化(具有典型地为几个cnT1量级[例如根据应用，有3cm ―1至20CHT1 幅值]的幅值)但仍提供“瞬时”窄线宽的光源 能够快速读取(例如，每1至200ms —次光谱)的多个单元的检测器许多不同的单元可用来提供这些具有较宽范围指标的特性。例如，能够使用外部 腔体可调谐的二极管激光器来实现光源。这类激光器的一种由Mcher Lasertechnik制造。 例如，Littman/Metcalf Lion TEC 500 或 Littrow Lynx TEC120 激光器都是适用的。可选 地，可以使用两个激光器并在两者之间进行简单的突变。可以采用任何一对拉曼兼容激光 器，只要它们的波长在光谱上以适当的大小分隔。对于检测器而言，许多制造商制造适用于拉曼分光计并能以适当的速度来读取分 光后的光线的CXD器件。一个这样的摄像机是I^inceton仪器公司的Pixis 2K，其可以高 达每秒90个光谱的速率来读取光谱。另外，在这一范围内还有许多其它合适的并由其他制 造商制造的摄像机。参考信号160和检测器响应参考图2，通过考虑5台检测器120(在图2中分别标记为A.....E)的简单情况，
可以理解本发明实施例后面的原理。提取检测器阵列120的一组5个检测器A.....E并施
加具有相对于5个检测器的组合带宽可比的波峰至波峰幅值的激发辐射的正弦波长变化，
其效应是在正弦变化期间恰好落在组合带宽内的拉曼波峰200将在5个检测器A.....E范
围内，及时地来回跟踪。即，拉曼波峰200将在检测器120范围内振荡。参考图3，各个通道随时间的检测强度变化将由它的各自检测器120的位置所确 定。在拉曼波峰振荡的外端的检测器A、E将在它振荡期间只“看到”波峰一次，并且其相位 严格相互异相。既不在拉曼波峰振荡的两端也不在其中间的检测器B、D每个将“看到”两 次波峰，其间隔不均勻并且相互相位再次异相。检测器C将“看到”波峰两次，其是均勻间 隔的并且因此就频率术语而言位于拉曼波峰振荡的基频的一次谐波。因此，5个检测器A.....E的响应在相互之间具有确定的相位和谐波频率的关系，
并且这种关系可以用于显著增强系统从背景噪声区别小的拉曼信号的能力。参考图4，5个检测器120响应的频率分量可以看成是基频和一次谐波以及较高谐 波的组合，除了它的响应在一次谐波中占显著作用的中央检测器C之外。检测器C的位置 给出了拉曼频带的中心位置，但就拉曼频带的位置和宽度而言，一组5个检测器中其余检测器有更可观的信息可用，并且本发明的实施例试图利用这点。实际上，将使用许多更多的检测器。在根据本发明实施例的拉曼信号检测的下列 实例中，使用不同的参考信号和激发辐射振荡的形式，处理由整个检测器阵列120所产生 的强度数据来产生拉曼频带的表示。方法1 使用正弦参考信号参考图5，在本发明第一实施例中，将正弦参考信号160施加于激发源以修正一个 或多个激光器105的输出，该正弦参考信号具有周期“T”和幅值“a”。以下描述在产生拉曼 光谱时涉及的信号处理，其利用这种激发源振荡和与检测器阵列120相连的通道125上获 得的强度数据。参考图6，用于检测的理想拉曼信号具有一组没有噪声并且具有平滑背景的波峰 600、605、610、615。在所示的实例中，信号光谱由4个具有不同宽度(高斯线型，1 σ 0. 5, 1，2，4光谱单位)的明显不同的拉曼频带组成且每个具有100计数的波峰最大值。背景简 单的是100计数的平滑均勻的电平。然而，为了建立表示所使用检测器阵列120输出的实 际光强度信号的数据集，对图6的理想化的拉曼信号必须采用适当的定标因子和附加合适 地计算的随机噪声来作调整。尤其是，背景电平乘以定标因子，信号光谱乘以不同的定标因 子，信号光谱也根据光谱的“时间”、振荡幅值和周期来偏移波数。参考图7，在正弦参考信号160的情况下，可能由一组检测器120获得的一类时 间-光谱强度曲线将4个拉曼波峰的效应显示为4个光谱偏移正弦轨迹700、705、710、715。 这里所显示的时间-光谱强度曲线具有下列参数 背景定标10，000(对应于106单位的背景电平) 光谱定标0. 5 (对应于50单位的波峰高度) 光谱振荡周期20个时间单位(沿着所示光谱轴的像素) 光谱振荡幅值“a” 2个波数单位(沿着所示光谱轴的像素，各个像素是单个检 测器单元120所记录的强度) 拍摄噪声Io值得注意的是，图7试图仅仅只是显示原理。实际上，拉曼频带通常是难以与背景 在视觉上区分的。参考图5、6和8至13，为了检测和形成拉曼频带的图形表示(例如如图6所示并 出现在样本输出的那些)，执行下列信号处理步骤1.产生或获得参考信号，它直接对应于参考信号160，该参考信号产生基频为 8 η(2πντ)的激发源105的波长振荡，其中t是时间，如图5所示。(事实上，该参考信号 可便利的是与图1的控制系统110所用的相同的信号160，从而产生激发源105的波长振荡 并且在下文中称之为参考信号160。)2.对于各个检测器通道125并因此对于具体的光谱数据点(或者沿着图形表示的 光谱轴的像素)而言，为光谱数值532单位提取图8所示的强度与时间信号800。3.计算该信号的平均值，对于图8所示信号800而言为10，001，200，并且从整个 信号中减去该平均值，从而如图9的最上部曲线900所示，实际上使得信号在零附近振荡。4.将来自上述步骤1的参考信号160与该平均值相乘，从而产生如图9的最下部 曲线905所示的最终的乘积信号。
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5.从该结果中计算平均值，在图9的最下部曲线905的情况下为_1066，具有指示 相反相位的负的数值(实际上是就检测器输出而言的“DC”电平)，并将其存储。6.对于所有的检测器通道125并因此对于光谱数据点重复步骤2至5，并且画出 步骤5的“DC”电平相对于它们的光谱位置的曲线，这就为各个分解的拉曼频带产生了“之 字形”曲线1000，如图10的图解所示。7.产生一组光谱数据“二进制数”，并且对于在步骤5计算得到的各个数值，将它 的绝对(幅值)数值加上光谱二进制数，其相对于振荡幅值“a”(光谱上地)为+或_，所 述+或-由数值符号所确定，从而获得变窄的波峰1005，如图10所示。在这部分内容中，光 谱数据二进制数可能是例如在数据存储器中的位置，其被分配短的光谱范围，但通常不一 定要与落在单个检测器单元120上的光谱范围相匹配。8.重复步骤1至6，但在步骤4中采用参考信号160的一次谐波(sinG π t/T)来 替代参考信号160。这就产生不是之字形曲线的具有反相侧边部分的峰值曲线1010，如图 10所示。在这种情况下，步骤7以不同的方式来执行。将步骤5的正的数值附加至直接对 应的光谱二进制数上，并且负的数值附加到光谱二进制数，该数值相对于振荡幅值“a”(光 谱上地)为+或-地，所述+或-由对于参考信号的基频的来自步骤7的该检测器单元的 参考信号乘积的对应数值的符号所确定。这就产生了波峰1020，其中反相侧边部分的模已 经附加到主波峰。9.可将步骤7和8的光谱加在一起，从而得到最终的光谱1025。取代根据参考信号乘积的基频来确定被加入数值的光谱二进制数的+或-方向， 替换的方法是当负的数值的有效系列已经被分配给光谱二进制数时在存储器位置中设置 标志。负的数值的后续系列将随后以相反的光谱“方向”分配给光谱二进制数。然而，这种 方法在处理噪声数据中的可靠性较差。更加详细的参考图10，用于基频参考信号500及其一次谐波的步骤7如下。在步 骤6之后，对于每个拉曼频带，相对于“DC”电平的光谱位置画出的“DC”电平给出“之字形” 曲线1000或者峰值曲线1010，具有正的部分和一个或两个负的部分。曲线1000、1010的 光谱宽度的整个范围将大于参考信号幅值“a”的两倍一个由拉曼频带宽度所确定的数值。 当激发源通过它的波长振荡的中间点时，曲线1000,1010的中间点精确地对应于拉曼频带 的中间点。步骤7和8的目的是使得曲线1000，1010所提供的拉曼频带的表示变窄，并且 如果拉曼频带的宽度是与激发源105的波长变化处于相同量级时，就能实现对拉曼频带的 实际宽度的好的近似。在基频的情况下，步骤7具有将之字形曲线1000的正的和负的波峰沿着它们的每 一个的光谱方向向内移动的效应，该方向在激发源通过它的波长振荡的中间点时穿越拉曼 频带的中间点。这由图10所示的小箭头来表示。通过使用步骤5的“DC”数值的模，负的 波峰实际上被倒相并加上正的波峰，从而获得变窄的最终波峰1005，在图10中标记为“F” 的曲线。在一次谐波的情况下，步骤8具有的效应是使三部分曲线1010的正的波峰留在原 处但是引入了两个负的部分，也用如图10所示的小箭头所表示。另外，通过使用步骤5的 “DC”数值的模，负的部分实际上被倒相并加上正的波峰，从而获得最终峰值1020，在图10 中标记为“2F”的曲线。
“F”曲线和“2F”曲线相加得到更多的加强，并因此给出更加容易检测到的曲线 1025，它是对感兴趣的拉曼频带的好的近似。应该注意的是，实际上，因为拉曼谱测量所获得的数据是随机的，因此在拉曼频带 中可能存在其中没有任何数值或者仅仅只有一个数值的光谱数据二进制数。图11至13显示了相对于具有图6所示4个拉曼频带的样本而获得的光谱结果， 首先使用没有激发源振荡的常规拉曼光谱学方法进行处理，并随后使用激发源105的正弦 振荡以及上述讨论步骤一起进行处理。已使用如参考图7的上述讨论的类似的参数集合， 但积分时间为沈21440~18)以及光谱定标因子为0.5和背景为10，000。与常规的拉曼光谱学方法有关的图11显示了从背景噪声中几乎难以分辨出的光 谱{曰息ο图12显示了使用正弦参考信号160和源105振荡的结果，数据处理基于基频。使 用该方法显著增强了那些宽度不是非常不同于振荡幅值的拉曼频带1200、1205、1210。然 而，宽度较宽的频带(以及宽度过窄的任何频带)实际上已经消失。图13显示了使用正弦参考信号和源105振荡的结果，数据处理基于一次谐波。一 次谐波数据显示了有助于增强表示两个拉曼频带1300、1305的信号表示的贡献，但在该光 谱中的噪声相当大。因此，与传统的方法相比较，基频分析所获得的最后的信号强度得到显著的增强； 这些模拟的每个都使用了等效的参数(信号电平、背景电平、积分时间、噪声)。方法1，使用方波参考信号参考图14A，在本发明的第二实施例中，将方波参考信号1400施加于激发源105， 该方波参考信号具有周期“T”和幅值“a”。这可以通过单个源105或者通过在两个(或多 个)不同发射器之间切换输出被提供为两个波长之间的离散突变。参考图14B，注意以与图3相关的相同方法在一组5个检测器A.....E范围内所
检测到的强度，5个检测器的输出将呈现出方波，相位和幅值也是变化的。采用方波激发(例如，激光器105的输出在两个离散激发波长之间振荡)的情形 非常类似于激发辐射的正弦振荡的情形，并且方法学也几乎相同于上述讨论。然而，在该情 况下，仅使用基频信号且没有一次谐波，并且方波取代正弦波作为参考信号。因此用于分析 由此获得的数据的协议相同于针对正弦波参考信号所讨论的步骤1至7。方法2来自上述协议的步骤6的“编码”数据可以不同的方法来处理，以便提供拉曼光谱 的表示。第二种方法对于步骤7就是简单地对该数据进行数值积分。这导致对原始拉曼光 谱的近似，其中任何狭窄的波峰实际上被加宽到激发波长的振荡幅值并且基线呈现出伪随 机行走。更详细的是，在单个拉曼频带的情形下，方法2的数值积分的起始点将是图10的 “之字形”曲线1000，该图显示了各个检测器120的乘积信号的平均值的曲线，该检测器接 收来自样本并且因此与拉曼频带的光谱单元有关的相关拉曼辐射。参考图24A，数值积分方法依次取各个检测器120的乘积信号905的平均值，并且 将其附加到所有在前的检测器120的乘积信号905的平均值之和。在之字形曲线1000的 情况下，这就产生峰值曲线M00，其比采用方法1所获得的等效曲线1005有一定程度的加宽(以振荡幅值加宽)。图24B稍详细地显示了数值积分方法的步骤。之字形曲线1000可由乘积信号的平 均值来画出，该乘积信号与各个检测器120有关并且也因此与拉曼频带的光谱单元有关。 提取前三个这类光谱单元SEl、SE2、SE3的乘积信号的平均值以通过积分来产生峰值曲线 2400，峰值曲线MOO的第一数值是第一个光谱单元SEl的乘积信号的平均值。峰值曲线 2400的第二个数值是前两个光谱单元SEl和SE2的乘积信号平均值之和。峰值曲线MOO 的第三个数值是前三个光谱单元SE1、SE2和SE3的乘积信号平均值之和。该方法适用于整 个之字形曲线100以获得峰值曲线M00。应该理解的是，该方法能够应用于整个之字形曲线1000的任意“方向”，但是如果 它先应用于负的部分，则结果将仍增加拉曼频带的表示，但只是负的波谷而不是正的波峰。数值积分方法在整个光谱范围内进行，而不只是显示之字形曲线特性的部分。然 而，只有具有之字形特性的部分才构成可以分辨的波峰并且它显示了拉曼频带的存在。在 波峰之间，噪声的随机性质趋于在积分曲线中平滑。最后的光谱虽具有“随机行走”的基线，因为在上述步骤5中的平均值对于所有光 谱数据点不是都相同的(由于随机噪声)并且在对整个光谱开展积分时引入了可以累加的 误差因子。无论怎样，拉曼频带都会以比没有执行这类协议要显著大的信噪比出现。参考图15，再次使用与具有图6所示拉曼频带的样本有关的数据以及如上所述 其中步骤7是数值积分(方法幻的数据处理来产生光谱，其中所有4个拉曼频带1500、 1505、1510、1515都存在但基线实际上是随机行走的。这里所使用的数据集相同于与图11 至13有关的上述讨论的数据集。在这种情况下，基线使得能够清晰地分辨出困难的拉曼频 带，因为出现了在原始光谱中不存在的随机的“明显的”波峰。正如以上所提及的那样，该 原因是对于各个通道而言在步骤5中减去的平均值是不同的。然而，所使用的数据集也受 到检测的限制。如果信噪比较好，例如信号被加倍，则就能够获得有很大改善的光谱。所使 用的与图16-19相关的数据集的参数(现在信号是两倍但其它参数相同)为 背景定标10,000 光谱定标1 光谱振荡周期20个时间单位(像素) 光谱振荡幅值“a” 2个波数单位(像素) 积分时间262144 拍摄噪声Io参考图16，利用传统的拉曼光谱学方法从具有增加的信号的数据集所获得的光谱 显示拉曼频带1600、1605、1610、1615，但噪声电平非常高，使得频带难以分辨。参考图17，使用激发波长和参考信号的正弦振荡以及仅仅使用基频并且使用上述 讨论的方法1(偏移方法)所获得的光谱较好地显示了三个较窄的拉曼频带1700、1705、 1710，但只有较宽的频带1715的分辨有困难。参考图18，仅仅使用一次谐波和使用方法1，就能清晰地呈现出两个最窄的频带 1800、1805。根据拉曼光谱的用途，这可能本身就是有用的结果，但通常较佳的是检测尽可 能多的频带。参考图19，对于增加信噪比的情况，当使用方法2(数值积分)时就能获得非常好
16的光谱，尽管拉曼频带被加宽了一定程度(对于窄频带1900就容易显得明显)。参考图20至23，显示了当振荡幅值被加倍到4通道125 (像素)时所获得的光谱。 这些光谱与数据集有关，该数据集与用于图16至19所示的光谱的数据集相同，除了在振荡 幅值方面有变化之外。参考图20，再次使用传统的拉曼光谱学方法，拉曼频带2000、2005、2010、2015清
晰地呈现在光谱中，但噪声电平仍旧很高，使得频带难以分辨。参考图21，使用正弦振荡和参考信号以及基频乘积，以及使用分析的第一种方 法-偏移方法，获得所有4个拉曼频带2100、2105、2110、2115的清晰表示。参考图22，仅仅使用一次谐波和使用分析的第一种方法-偏移方法，产生具有加 强的较窄频带2200、2205但较宽频带2210、2215被稍微抑制的光谱。参考图23，使用正弦振荡和参考信号，以及使用分析的第二种方法-数值积分，产 生具有所有4个拉曼频带2300、2305、2310、2315都能非常清晰分辨的光谱，虽然稍微加宽 了些(特别是较窄的频带2300、230幻。可以看到数值积分方法产生特别好的供提取的拉曼 信号，一旦有足够的信号被检测。图16至19所示的结果与图20至23所示结果相比较很好地展示了波长调制幅值 “a”的效果。对于附图的第二组，幅值“a”被加倍。一般来说，在本发明的实施例中，本身较窄的拉曼频带实际上将被以激发波长振 荡的幅值来加宽。这是不可避免的，因为正如以上所讨论的那样，各个拉曼频带的表示始终 是相对光谱单元作出的，而光谱单元至少在发光的波峰至波峰波长范围内扩展。使用数值 积分(方法幻，每个拉曼频带将在波长振荡的任一端以拉曼频带的一半宽度扩展到波长范 围外。当振荡发光的波峰至波峰波长范围接近等于拉曼频带的宽度时就获得最好的结 果。本发明的实施例取决于对于光谱通道125寻找强度测量在时间上的平均值的显著变 化。如果振荡发光的波峰至波峰波长范围与拉曼频带的宽度不相匹配，则会减小强度随时 间变化的大小。强度或是趋于保持高(拉曼频带相对波长振荡是宽的)或是它的较大部 分时间依旧保持低(拉曼频带相对波长振荡是窄的)。强度的最大变化(这使得拉曼频带 最易检测到)是当波长振荡在检测器120范围内的拉曼频带中产生与它自己的宽度为相同 量级的移动的时候。如果例如本发明实施例用于检测未知宽度的拉曼频带或者如果已知所存在着的 拉曼频带可能具有明显不同的宽度，则较佳的是使用波长具有相对较为复杂变化的发光辐 射。显而易见的是，将发光辐射中的波长幅值振荡进行编码以便包含几个幅值以及使用匹 配算法来从该混合驱动器提取多个带宽光谱。这将使得方法1 (偏移方法)应用于较宽范 围的拉曼带宽。例如，可使用诸如正弦频率P附加正弦频率Q的叠加函数使波长振荡，其中 频率各自具有不同的幅值，随后观察每个频率上的最后的信号，依次提取与相应幅值最佳 匹配的宽度的拉曼频带。在发光的方波调制的情况下，可以包含第三波长和也许其它波长， 以便包含不同幅值的振荡。这类安排可以被认为类似于幅值调制射频信号。
权利要求
1.用于检测样本发射的辐射中的一个或多个拉曼频带的装置，该样本响应以在发光波 长范围内的波长振荡的发光而发射辐射，所述发射的辐射作为波长范围内的一组离散检测 信号被检测，所述装置包括信号处理器，该信号处理器被设置成a.从所述检测信号中提取时间依赖的强度信号；b.对于所述时间依赖的强度信号，确定相对于样本在所述发光范围的所选择波长或者 波长部分上的发光具有时域一致性的信号，并获得每个该信号随时间的平均值；以及c.从所述获得的平均值产生拉曼频带数据值，产生至少一个所述拉曼频带数据值的步 骤包括选择至少两个获得的平均值并将其组合从而获得增强的数据值。
2.如权利要求1所述的装置，还进一步包括发光源，用于照射样本，所述源是可控制的 从而以在发光范围内的波长振荡，所述发光范围与至少一个被检测的拉曼频带的宽度具有 相同量级。
3.如上述权利要求任一项所述的装置，还进一步包括波长敏感检测装置，用于检测被 照射的样本以多个检测波长或者波长范围发射的电磁辐射的强度，以给出所述离散检测信 号组，所述检测波长或者波长范围相对于所述发光波长范围偏移。
4.一种用于通过产生一个或多个拉曼频带的光谱表示的各个光谱单元的数据值来进 行拉曼谱测量的装置，所述装置包括i)发光源，用于提供样本的窄频带电磁辐射发光，该发光以与拉曼频带宽度可比的发 光波长范围内的波长振荡； )波长敏感检测装置，用于检测被照射的样本以多个检测波长或波长范围发出的电 磁辐射的强度以给出一组检测信号，所述检测波长或波长范围相对于所述发光波长范围偏 移；以及iii)检测信号处理器，所述检测信号处理器被设置成采用下述方法来处理所述检测信号a.从各个检测信号中提取一组时间依赖的强度信号；b.对于所述时间依赖的强度信号，确定相对于所述样本的发光波长具有时域一致性的 信号，并且获得各个该信号在时间上的平均值；以及c.从所述获得的平均值产生一个或多个拉曼频带的光谱表示的各个单元的数据值，产 生至少一个数据值的步骤包括选择至少两个获得的平均值并将其组合以获得增强的数据值。
5.如上述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述发光波长范围不大于被表示 的最宽的拉曼频带的光谱范围的10倍。
6.如上述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述发光波长范围与被表示的最 宽的拉曼频带的光谱范围的不同不大于50%。
7.如上述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述信号处理器设置成以下列方 式提取出时间依赖的强度信号通过从所述检测信号中减去平均值来产生在零的上下变化 的信号。
8.如上述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，所述信号处理器设置成通过将各 个提取的时间依赖的信号与参考信号相乘产生乘积信号来确定对应于源振荡的分量，所述 参考信号包括对应于源的波长振荡频率的频率。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参考信号包括对应于所述源波长振荡 的基频的基频。
10.如权利要求8或9任一项所述的装置，其特征在于，所述参考信号包括所述源波长 振荡的基频的谐波频率。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信号处理器设置成通过在对所有所述 检测信号范围的积分过程中对所述获得的平均值求和来选择和组合至少两个获得的平均 值，从而产生支持一个或多个拉曼频带的光谱表示的数据。
12.如权利要求9或10任一项所述的装置，其特征在于，所述信号处理器设置成采用 下述方法来选择和组合至少两个获得的平均值产生具有至少一组数据位置的数据存储器，每个被分配给各个所述光谱单元，以及将各个获得的平均值的幅值分配给所选择的一个数据位置，数据位置的选择至少部分 是根据所述平均值是正的或是负的来确定的，使得至少一个数据位置被分配不止一个获得 的平均值的幅值。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，数据位置的选择还可以通过光谱偏移数 值来确定，使得相对于第一光谱位置引起的获得的平均值的幅值可分配给这样的数据位 置，其本身为光谱表示的目的而被分配给不同波长的光谱单元。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，对应于所述源振荡的各个时间依赖的信 号的分量位于振荡的基频上并且所述偏移数值具有恒定的幅值但根据所述获得的平均值 是正的或负的而确定是正的或负的。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，对应于所述源振荡的各个时间依赖的信 号的分量位于振荡频率的一次谐波上并且偏移数值仅仅只在所述获得的平均值是负的情 况下应用于所述数据位置的选择。
16.如上述权利要求8至15任一项所述的装置，其特征在于，所述参考信号在使用时提 供给所述发光源以产生所述波长振荡。
17.如上述权利要求8至16任一项所述的装置，其特征在于，所述参考信号至少具有方 波分量。
18.如上述权利要求8至17任一项所述的装置，其特征在于，所述参考信号至少具有正 弦分量。
19.如上述权利要求12至18任一项所述的装置，其特征在于，至少一组数据位置覆盖 不大于所述波长振荡的波峰至波峰范围的部分光谱范围。
20.如上述权利要求13至19任一项所述的装置，其特征在于，所述偏移数值是所述发 光辐射的波长振荡的幅值。
21.如上述权利要求8至20任一项所述的装置，其特征在于，所述发光源设置成提供随 时间以波长振荡的发光，该振荡具有至少两个不同的频率分量，各个频率分量具有各自的 波长上的幅值，该幅值不同于所述或相互的一个或多个频率分量的幅值，并且其中所述参 考信号源设置成提供一个或多个参考信号，该参考信号具有匹配所述波长振荡的所述两个 不同频率分量的分量。
22.—种检测样本发射的辐射中的一个或多个拉曼频带的方法，该样本响应以在发光 波长范围内的波长振荡的发光而发射辐射，所述发射的辐射作为波长范围内的一组离散检测信号被检测，该方法包括a.从所述检测信号中提取时间依赖的强度信号；b.对于所述时间依赖的强度信号，确定相对于所述样本在所述振荡发光的所选择波长 上或者所选择波长范围内的发光具有时域一致性的分量，并获得每个该分量随时间的平均 值；以及c.从所述获得的平均值产生拉曼频带数据值，产生至少一个所述拉曼频带数据值的步 骤包括选择至少两个获得的平均值并将其组合从而获得增强的数据值。
23.如权利要求22所述的方法，还进一步包括以辐射照射样本，所述辐射以发光范围 内的波长振荡，所述波长范围与至少一个被检测的拉曼频带的宽度具有相同量级。
24.如权利要求22或23任一项所述的方法，还进一步包括检测被照射的样本以多个检 测波长或者波长范围发射的电磁辐射的强度，以给出所述离散检测信号组，每个检测波长 或者波长范围位于所述发光波长范围之外。
全文摘要
拉曼频带检测装置使用以一定范围内的波长振荡的发光源来照射样本。该源可能例如在两个波长之间切换或者可能在一个波长范围内往返移动。波长敏感检测器检测样本以一系列不同的波长所发射的辐射，以及信号处理器提取具有瞬时对应于不同波长发光的波长变化的信号。所存在的一个和多个拉曼频带将产生相对于光谱轴绘制的提取信号明显特征，并且这些在光谱上与时间变化有关分量的相对简单的处理可以基于所处理分量来增强在光谱表示中的拉曼频带的出现。例如，这类处理可能包含在分量的光谱曲线上的数值积分或者选择和移动诸如负的分量的一定分量，从而覆盖在显示拉曼频带存在的光谱表示部分中的其它分量。
文档编号G01J3/44GK102138063SQ200980131691
公开日2011年7月27日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月12日
发明者K·鲍德温, S·韦布斯特 申请人:阿瓦克塔有限公司