一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法，属于光学显微成像及光谱测量技术领域。包括光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱探测系统、计算机控制及显示系统。根据光源发出的白光或激光分别实现样品原位观察及显微拉曼成像光谱实时在线检测，数据融合处理系统进行图像与光谱信息的实时分析处理，并在计算机控制及显示系统中显示输出。本发明专利技术具有结构紧凑、空间分辨率高、使用方便、性能稳定等特点，可用于水质检测、材料分析、石油化工、环境监测、工业精密检测等领域，也便于野外现场考察实验及在线测试实时分析，具有广泛的应用前景。

A rapid detection device and method for microscopic Raman spectroscopy

The invention discloses a rapid detection device and method for microscopic Raman imaging spectrum, which belongs to the field of optical microimaging and spectral measurement. It includes light source, multi-function sample room, composite optical system, image acquisition system, data fusion processing system, Raman spectrum detection system, computer control and display system. According to the white light or laser generated by the light source, the sample in situ observation and real-time real-time detection of the micro Raman imaging spectrum are realized respectively. The data fusion processing system performs real-time analysis and processing of image and spectral information, and displays the output in the computer control and display system. The invention has the advantages of compact structure, high spatial resolution, convenient use, stable performance, can be used in the field of water quality detection, material analysis, petroleum chemical industry, environmental monitoring, industrial precision detection, but also facilitate the field investigation and experimental test online real-time analysis, it has a wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法
本专利技术属于光学显微成像及光谱测量
，尤其涉及一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法。
技术介绍
目前，我国水污染形势严峻，据不完全统计，超过86％的城市河段水质普遍超标，长期严重的水污染问题影响着水资源利用和水生态系统的完整性。水体富营养化不断加重的趋势导致了水质的进一步恶化，破坏了水体的生态平衡。目前，对水中污染物质的检测方法很多，如原子吸收分光光度法、气相色谱法和水污染生物检测法、气质联用(GC-MS)、液质联用(LC-MS)、电热蒸发-电感耦合、等离子体发射光谱法等。这些方法具有检测精度高、应用范围广、重现性好，但需要昂贵的仪器设备、操作复杂、分析样品时间长、试剂消耗量大，而且这些方法还不同程度的引入了对人体有害的有机溶剂，产生二次污染；此外，这些方法都是采用现场取样后到实验室分析的离线处理模式，不能满足在线实时检测分析的需求。因而对于复杂多变的水体环境，例如元素形态受时空影响大，多数又处于相互关联影响的状态；环境中温度压力变化对元素检测结果可靠性的影响，从而不能确切掌握水质现状及其异常变化。拉曼光谱检测技术是以拉曼散射效应为基础的探测分子振动和转动特征峰值的“指纹”光谱技术，具有非接触无破坏性、检测时间短、样品所需量小、样品无需制备、受水分子的干扰小等特点；并且拉曼光谱的频移不受光源频率的限制，光源频率可根据样品的不同特点而有所选择，更适用于水溶液体系的测量。近年来，随着光机电技术的迅猛发展，显微拉曼光谱分析技术使拉曼光谱检测设备的灵敏度和分辨率大大提高，拓展了在样品微区无损检测方面的应用；与此同时，显微成像技术也引入到样品的分析过程中，但是传统显微成像只能得到样品的结构图像，不能获得样品的完整光谱特征信息。现有的拉曼光谱成像通常需要耗费较长时间，此过程中环境温度、振动等因素易使测量系统产生漂移，导致实际激发光斑远大于物镜聚焦光斑，其结果限制了拉曼光谱检测设备的微区光谱探测能力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种显微拉曼成像光谱快速检测装置及方法，获取水体样品微区的空间位置、几何形貌、光谱图像等多维特征信息，提高实时检测灵敏度和在线分析的智能化水平，为纳米级微区的光谱探测与成像提供新的技术途径。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，包含光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱检测系统、计算机控制及显示系统；所述光源连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统通过光路连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统上设置有所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统；所述数据融合处理系统接收来自所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统的信息并进行图像与光谱信息的实时分析处理，将处理结果传输到所述计算机控制及显示系统中显示输出。进一步，所述光源包含白光照明光源和激光探测光源，所述白光照明光源采用可调LED环形灯YSX-22，所述激光探测光源采用激发波长为532nm，785nm或1064nm的半导体激光器。进一步，所述多功能样品室包含样品台底座、光学载物台、旋转样品架和透明封闭罩，所述样品台底座通过螺栓固定在所述光学载物台上，所述样品台底座随所述光学载物台进行三维调节；所述旋转样品架设置在所述样品台底座的内凹部，并进行间歇式旋转调节，所述旋转样品架上设置有多个样品放置槽，用于安放样品；所述样品台底座的上方设置有所述透明封闭罩，所述样品台底座与所述透明封闭罩之间通过快拆卡扣进行连接，所述样品台底座与所述透明封闭罩之间还设置有密封圈，所述透明封闭罩用于给样品提供一个密闭的检测空间；所述透明封闭罩上还设置有上管路和下管路，所述透明封闭罩上端通过调节卡环与显微镜物镜相连，所述透明封闭罩采用柔性有机材质制成。进一步，所述复合光路系统包含白光观测光路、显微拉曼成像光路和拉曼光谱探测光路；所述白光观测光路、显微拉曼成像光路和拉曼光谱探测光路均包含光源，所述光源发出的光线依次经过汇聚物镜Ⅰ、扩束透镜、光学滤光片Ⅱ和二向色镜所述二向色镜将所述白光光源的光分为两路，其中一路依次经过扫描镜、透镜Ⅰ、光学滤光片Ⅰ和显微物镜；所述白光观测光路的光源为白光光源，所述白光光源经过所述二向色镜的另一路光线依次经过分束器、电动转换镜和汇聚物镜Ⅱ；所述显微拉曼成像光路的光源为激光光源，所述激光光源经过所述二向色镜的另一路光线经过所述分束器反射到光学滤光片Ⅲ，然后经过聚焦透镜进入图像采集系统；所述拉曼光谱探测光路的光源为激光光源，所述激光光源经过所述二向色镜的另一路光线依次经过所述分束器和电动转换镜，所述电动转换镜将光线反射到光学滤光片Ⅳ，然后经过汇聚物镜Ⅲ进入光谱探测单元。进一步，所述二向色镜与入射光的光轴夹角为45度；所述扫描镜为线扫描方式，所述扫描镜的初始位置与二向色镜位置平行；所述分束器与出射光的光轴夹角为45度，且所述二向色镜与分束器相互垂直；所述电动转换镜为一片全反射镜与一片全透射镜拼接而成，由微电机驱动自由切换，所述电动转换镜的初始位置与分束器位置平行；所述复合光路系统处于观察状态时光源切换为白光光源，电动转换镜切换为全透射镜，所述复合光路系统处于检测状态时光源切换为激光光源，电动转换镜转换成全反射镜，以适应不同工作模式的需求。进一步，所述图像采集系统包含图像采集器，所述图像采集器为数字面阵帧曝光CCD相机，所述数字面阵帧曝光CCD相机的CCD探测面位于聚焦透镜的焦点处，采集的图像信息进入数据融合处理系统进行虚拟共焦处理及图像重构分析。进一步，所述的拉曼光谱检测系统包含入射狭缝、准直物镜、光栅镜、成像物镜和探测器；从所述汇聚物镜Ⅲ入射进来的光线穿过所述入射狭缝到达所述准直物镜，所述准直物镜将光线反射至所述光栅镜，所述光栅镜将光线反射至所述成像物镜，所述成像物镜将光线反射至所述探测器；所述拉曼光谱检测系统采用非对称交叉式C-T结构分光，用于抑制高阶衍射及杂散光的干扰；所述的光栅镜采用离子刻蚀平面闪耀光栅，其刻线密度为1200,1800或2400mm-1，所述的探测器为背照式CCD面阵传感器。进一步，所述的数据融合处理系统用于融合显微拉曼成像信息和拉曼光谱信息，并对采集的数字图像信息设置虚拟共焦针孔进行共焦图像处理，实现被测样品的三维重构及光谱分析。进一步，所述计算机控制及显示系统为整个检测装置的控制中心，与所述多功能样品室、光源、扫描镜、图像采集器和拉曼光谱检测系统相连，用于控制多功能样品室的三维位置调节及旋转样品架的转动，并调节光源形式及激光输出功率、控制扫描镜的扫描速度及扫描范围，处理图像采集和光谱采集的数据分析及结果显示输出。一种显微拉曼成像光谱快速检测方法，包含如下步骤：S1：根据被测样品的检测要求确定是否需要封闭环境；S2：开机自检查；S3：开启光源，并将光源调整为白光模式，电动转换镜切换至全透射镜状态，通过三维调节载物台的位置确定被测样品的最佳聚焦点及微区形貌状态，对被测样品进行观察；S4：将光源调整为拉曼光谱探测模式，图像采集器采集显微拉曼图像，电动转换镜切换至全反射镜状态，探测器接收拉曼光谱信息；S5：数据融合处理系统分析处理被测样品的显微图像与拉曼光谱数据，通过计算机控制及显示系统输出被测样品的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：包含光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱检测系统、计算机控制及显示系统；所述光源连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统通过光路连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统上设置有所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统；所述数据融合处理系统接收来自所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统的信息并进行图像与光谱信息的实时分析处理，将处理结果传输到所述计算机控制及显示系统中显示输出。

【技术特征摘要】
1.一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：包含光源、多功能样品室、复合光路系统、图像采集系统、数据融合处理系统、拉曼光谱检测系统、计算机控制及显示系统；所述光源连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统通过光路连接至所述多功能样品室，所述复合光路系统上设置有所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统；所述数据融合处理系统接收来自所述图像采集系统和拉曼光谱检测系统的信息并进行图像与光谱信息的实时分析处理，将处理结果传输到所述计算机控制及显示系统中显示输出。2.根据权利要求1所述的一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：所述光源包含白光照明光源和激光探测光源，所述白光照明光源采用可调LED环形灯YSX-22，所述激光探测光源采用激发波长为532nm，785nm或1064nm的半导体激光器。3.根据权利要求1所述的一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：所述多功能样品室包含样品台底座、光学载物台、旋转样品架和透明封闭罩，所述样品台底座通过螺栓固定在所述光学载物台上，所述样品台底座随所述光学载物台进行三维调节；所述旋转样品架设置在所述样品台底座的内凹部，并进行间歇式旋转调节，所述旋转样品架上设置有多个样品放置槽，用于安放样品；所述样品台底座的上方设置有所述透明封闭罩，所述样品台底座与所述透明封闭罩之间通过快拆卡扣进行连接，所述样品台底座与所述透明封闭罩之间还设置有密封圈，所述透明封闭罩用于给样品提供一个密闭的检测空间；所述透明封闭罩上还设置有上管路和下管路，所述透明封闭罩上端通过调节卡环与显微镜物镜相连，所述透明封闭罩采用柔性有机材质制成。4.根据权利要求3所述的一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：所述复合光路系统包含白光观测光路、显微拉曼成像光路和拉曼光谱探测光路；所述白光观测光路、显微拉曼成像光路和拉曼光谱探测光路均包含光源，所述光源发出的光线依次经过汇聚物镜Ⅰ、扩束透镜、光学滤光片Ⅱ和二向色镜所述二向色镜将所述白光光源的光分为两路，其中一路依次经过扫描镜、透镜Ⅰ、光学滤光片Ⅰ和显微物镜；所述白光观测光路的光源为白光光源，所述白光光源经过所述二向色镜的另一路光线依次经过分束器、电动转换镜和汇聚物镜Ⅱ；所述显微拉曼成像光路的光源为激光光源，所述激光光源经过所述二向色镜的另一路光线经过所述分束器反射到光学滤光片Ⅲ，然后经过聚焦透镜进入图像采集系统；所述拉曼光谱探测光路的光源为激光光源，所述激光光源经过所述二向色镜的另一路光线依次经过所述分束器和电动转换镜，所述电动转换镜将光线反射到光学滤光片Ⅳ，然后经过汇聚物镜Ⅲ进入光谱探测单元。5.根据权利要求4所述的一种显微拉曼成像光谱快速检测装置，其特征在于：所述二向色镜与入射光的光轴夹角为45度；所述扫描镜为线扫描方式，所述扫描镜的初始位置与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昭明，赵迎，王伟，徐泽宇，张鹏，井光辉，朱海鹏，石明全，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50