一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法技术

一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，包括一个利用激光照射被测样品同时利用光谱仪探测被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的第一步骤，并包括一个将被测样品的上述光谱与现有图谱比对的第二步骤，在第一步骤中，利用计算机或智能手机采集光谱仪得到的光谱信号，然后将信号传递到一个中心服务器，中心服务器通过数据交换系统与一个预设的多种光谱联合指纹数据库连接，多种光谱联合指纹数据库中设置有材料和物质的荧光激发光谱、等离子体光谱和拉曼光谱的标准光谱指纹数据，在第二步骤中，中心服务器将光谱图像信号与该数据库中的标准光谱指纹数据进行比对分析，然后确定被测样品的材料性质，将比对结果返回计算机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物理领域，尤其涉及光谱测量技术，特别是一种激光诱导多种光谱联 合指纹网络在线检测材料的方法。
技术介绍
光是一种电磁辐射波，具有一定的能量，不同波长光的能量与分子或原子内电子 的某个量子化能级差相对应，当光作用于待测物质时，会引起反射、吸收和散射等现象，从 而产生入射光信号的变化，入射光信号的变化直接反映了化合物原子或分子电磁辐射的吸 收量、反射量或散射量，光谱技术就是测量其变化，得到光吸收、反射或散射的光谱图，从而 进行定性或者定量分析，识别化合物。常用的光谱技术方法有紫外_可见吸收光谱法，也称为紫外_可见分光光度法，多 用于有机材料的分析。分析所用仪器的主要构造包括光源、波长控制装置、吸收池和信号检 测器。光源有紫外线和可见光两个系统，吸收池供放置检材、样本溶液之用。紫外线或可 见光光束射入吸收池中的检材或样本溶液，有些波长被吸收，有些波长被通过，因而形成谱 图，通过检测器记录系统记录下来或在荧光屏上显示。然后对所形成的谱图进行分析，从而 对检材、样本加以识别。常用的光谱技术方法还有红外光谱(IR)法，测定依据取决于检材、样品对红外 光的吸收波长以及强度。习惯上，把红外光谱按照波长分为三个区域，即近红外区(0.78u m-2. 5u m)、中红外区(2. 5u m_50u m)、远红外区(50u m-1000u m)，而其中特别有实际应用 意义的是中红外区，各种物质在这个区域的红外线都有各自特有的红外吸收光谱，往往把 它和指纹相比，称为“红外指纹区”，所以利用红外波段来进行化合物、特别是有机化合物的 识别，效果显著。但需要强调的是，如果不对检材、样本进行基体分离，就对其关键成分进行 分析，这种识别就可能不准确，因其只能完成对化合物的主要功能团的描述，另外也存在着 一定的局限性。想得到一张高质量的谱图，除了需要好的仪器、合适的操作条件外，样品的 制备技术也很重要，要求在采样过程中尽量避免对样品的任何污染，才能保证样品测试结 果的准确有效。而且在分析微量气体样品和微量液体样品方面也存在着困难，红外吸收谱 带的位置、强度和形状随着测定时样品的物理状态以及制样方法而变化。常用的光谱技术方法还有激光诱导光谱分析法。激光具有下列特征①光子通量 大，峰值功率高；②空间相干性好，可将光束精确定位于小范围内；③时间相干性好，可得 皮秒短脉冲，使检测系统将激发信号和发射信号分开；④谱线窄且波长可调。由于激光可聚 焦成很小的光斑，使用不到1微升的试样便可进行分析，这极有利于生物化学的研究工作。 激发诱导光谱检测方法主要是利用强激光照射被测样品，产生荧光、等离子体和发生拉曼 散射等，通过光谱仪探测、检测荧光、等离子体和拉曼散射的特性和强度，从而进行物质的 定性分析或定量分析的方法。它是一种探测浓度极小的分子物质的灵敏技术比常规的吸收 光谱学的灵敏度提高了许多个数量级。而且对被测材料无损伤、测量环境要求低。其中，激光诱导荧光谱的原理是激光照射被测物质上，被测物质中的分子、原子吸收激发光的能量后，从低能级跃迁到高能级。该高能级是不稳定的，经过一段时间后，分 子、原子自发的从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级，同时发出一个光子。不 同的原子、分子的能级是固定的，因此它们发出的光子能量是一定的，即波长一定。我们只 要测出该荧光的波长，即可以识别所测物质的元素和成份，而比较荧光强度，我们可以测出 它的含量。荧光激发光谱可作为定性分析的一种手段，用以鉴定物质。根据试样的图谱和 波长峰与已知样品进行比较，可以鉴别试样和标准样品是否同一物质。激光拉曼光谱法，主要用于识别物质的种类，因为每一种物质(分子)都有自己的 特征拉曼光谱，可以作为表征这一物质之用。当一束波长为λ的光照射到物质上之后，一 部分光被反射，一部分光被透射，还有一部分光被散射，在散射光中，其中一部分光的波长 和入射光相同，一部分和入射光的波长不同，与入射光不同的散射就称为拉曼散射。由于拉 曼散射与入射光的波长无关，只与物质本身的分子结构和振动有关，每个分子产生的拉曼 光谱的谱带数目、谱带强度、位移大小等都直接与分子的振动和转动相关联，所以拉曼光谱 属于分子的振动和转动光谱。使用拉曼光谱法进行材料检验，具有操作简便、快速、不破坏 和污染检材、无需准备样本或者进行其他的特殊处理等优点。激光诱导等离子体光谱是利用强激光与被测材料相互作用产生等离子体发光后， 利用光谱技术，并借助于等离子体的理论模型，测量分析等离子体光谱，如谱线强度、谱线 轮廓以及谱线的分裂、位移等后，就可以得到等离子体的一些参量，如等离子体成分、温度、 密度等。在高温作用下，物质离解为原子或离子，因此，被激发后产生的特征光谱为线状光 谱，它只反映原子或离子的性质，与原子状态无关，所以只能确定检材元素组成和含量，而 不能给出检材分子结构的信息虽然激光诱导光谱测量精度高，对采样要求低。但现有技术中，常规激光光谱仪设 备昂贵，体积较大，需要专业人员操作，并通过对图谱中谱带的位置、形状和相对强度进行 分析、识别。另外为了提高探测灵敏度和精度，必须提高激光的功率，但是需要受实验室条 件限制，并不是任何时候都可行，同时，紫外波段的激光器价格比较昂贵。这使得光谱分析 技术一直停留在实验室，无法广泛使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方 法，所述的这种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法要解决现有技术中激 光诱导光谱分析过程中需要专业人员比对图谱、设备昂贵、受实验室条件限制、无法广泛使 用的技术问题。这项专利技术可以作为一个材料识别/购买系统，允许用户通过激光诱导多种 光谱联合指纹网络在线检测技术获取材料信息。本专利技术的这种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法包括一个利 用激光照射被测样品同时利用光谱仪探测被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼 光谱的第一步骤，并包括一个将被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱与现 有图谱比对的第二步骤，其特征在于在所述的第一步骤中，利用计算机或智能手机采集光 谱仪探测得到的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的图像信号，然后将所述的图像 信号传递到一个中心服务器，所述的中心服务器通过数据交换系统与一个预设的多种光谱 联合指纹数据库连接，所述的多种光谱联合指纹数据库中设置有材料和物质的荧光激发光谱、等离子体光谱和拉曼光谱的标准光谱指纹数据，在所述的第二步骤中，中心服务器接收 来自计算机或智能手机的图像信号，与多种光谱联合指纹数据库中的标准光谱指纹数据进 行比对分析，然后确定被测样品的材料性质，将比对结果返回计算机。进一步的，所述的计算机通过网络与中心服务器连接。进一步的，在所述的第二步骤中，中心服务器通过数据交换系统从多种光谱联合 指纹数据库中调用标准光谱指纹数据，然后采用聚类分析方法或者人工神经网络方法对来 自计算机的被测样品的光谱图谱进行解读、比较和判断，最终得到被测材料成分和特性。进一步的，所述的聚类分析方法包括了划分方法、或者层次方法、或者基于密度的 方法、或者基于网格的方法、或者基于模型的方法。进一步的，所述的人工神经网络方法是模仿动物神经网络行为特征、进行分布式 并行信息处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，包括一个利用激光照射被测样品同时利用光谱仪探测被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的第一步骤，并包括一个将被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱与现有图谱比对的第二步骤，其特征在于：在所述的第一步骤中，利用计算机或智能手机采集光谱仪探测得到的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的图像信号，然后将所述的图像信号传递到一个中心服务器，所述的中心服务器通过数据交换系统与一个预设的多种光谱联合指纹数据库连接，所述的多种光谱联合指纹数据库中设置有材料和物质的荧光激发光谱、等离子体光谱和拉曼光谱的标准光谱指纹数据，在所述的第二步骤中，中心服务器接收来自计算机或智能手机的光谱图像信号，与多种光谱联合指纹数据库中的标准光谱指纹数据进行比对分析，然后确定被测样品的材料性质，将比对结果返回计算机。

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，包括一个利用激光照射 被测样品同时利用光谱仪探测被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的第一 步骤，并包括一个将被测样品的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱与现有图谱比对 的第二步骤，其特征在于在所述的第一步骤中，利用计算机或智能手机采集光谱仪探测得 到的荧光激发光谱、等离子体光谱或拉曼光谱的图像信号，然后将所述的图像信号传递到 一个中心服务器，所述的中心服务器通过数据交换系统与一个预设的多种光谱联合指纹数 据库连接，所述的多种光谱联合指纹数据库中设置有材料和物质的荧光激发光谱、等离子 体光谱和拉曼光谱的标准光谱指纹数据，在所述的第二步骤中，中心服务器接收来自计算 机或智能手机的光谱图像信号，与多种光谱联合指纹数据库中的标准光谱指纹数据进行比 对分析，然后确定被测样品的材料性质，将比对结果返回计算机。2.如权利要求1所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，其特征 在于所述的计算机或智能手机通过网络与中心服务器连接。3.如权利要求1所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，其特征 在于在所述的第二步骤中，中心服务器通过数据交换系统从多种光谱联合指纹数据库中 调用标准光谱指纹数据，然后采用聚类分析方法或者人工神经网络方法对来自计算机的被 测样品的光谱图谱进行解读、比较和判断，最终得到被测材料成分和特性。4.如权利要求3所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，其特征 在于所述的聚类分析方法包括了划分方法、或者层次方法、或者基于密度的方法、或者基 于网格的方法、或者基于模型的方法。5.如权利要求4所述的激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法，其特征 在于所述的人工神经网络方法是模仿动物神经网络行为特征、进行分布式并行信息处理 的算法数学模型，通过预先提供的一批相互对应的标准光谱指纹数据和材料数据，分析标 准光谱指纹数据和材...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚辉，
申请(专利权)人：上海镭立激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]