[发明专利]基于光波导振荡场传感器的拉曼光谱增强装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种拉曼光谱技术领域的装置，具体是一种基于光波导振荡场传感器的拉曼光谱增强装置。

背景技术

    拉曼光谱属于分子振动光谱，可以用来鉴别物质，定性和定量分析物质，用途十分广泛。拉曼光谱技术具有高效、简单和绿色的特点，对环境不会造成污染，且分析时间短，费用不高，可实现对微量物质的快速、无损检测。但微量物质的拉曼光谱信号非常微弱，一般仅为入射光强的                                                ，因此需要对拉曼光谱信号进行增强。近年来，增强拉曼光谱技术作为一种能非常有效探测微量物质分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的工具，受到了国内外广泛地关注。

经对现有文献检索发现，目前国内外用于增强拉曼光谱的方法主要有三种：第一种为采用液芯光纤（LCOF）系统进行拉曼光谱增强，这种方法的优点是可以大大增加光与物质的相互作用距离，从而显著提高光谱信号强度和探测极限。但是LCOF方法要求待测物质一般为液体（溶液），且需注入到液芯光纤中作其纤芯，因此要求待测物质的折射率须大于光纤包层折射率，而目前大部分液体物质，如水溶液的折射率都要比常规光纤包层（玻璃）的折射率小，所以这种方法在实际应用中具有很大的局限性。第二种增强方法是利用共振拉曼效应（RR），当入射激光频率对应于被检测物质分子的电子吸收能级时，拉曼跃迁几率大大增加，使得分子的某些振动模式的拉曼散射截面增强，共振拉曼增强方法可以得到的增强因子，使亚单层量分子检测成为可能，可用于低浓度和微量样品检测，如生物大分子样品的检测。但是目前只有少数待测物质分子的电子吸收能级可与现有激光相匹配，即共振拉曼增强技术存在激光波长有限，适应性差的缺点。

第三种方法是表面增强拉曼光谱（SERS）技术，这是目前为止使用最广的一种增强拉曼光谱技术，即利用金属表面局域等离子激元所引起的电磁增强，使被检测物质的拉曼散射产生增强，增强因子可达，甚至更高，SERS技术使拉曼光谱的应用进入微量物质单分子探测领域。但SERS也有其缺点，一为SERS技术具有高选择性，即对于不同种类待测物质，其所使用的SERS基底芯片也是不同的，而目前尚未建立两者明确的配对关系，这造成使用SERS技术存在一定困难。其次，SERS基底芯片一般具有纳米结构，使用时容易暴露于空气中，受到环境因素的影响损坏而失去其增强拉曼光谱功能，且SERS基底芯片不能循环使用，也很难实现实时及动态在线SERS检测。

发明内容

本发明针对现有拉曼光谱增强技术的不足，提供一种基于光波导振荡场传感器结构的拉曼光谱增强装置。通过将样品注入到装置的中间层玻璃层样品室作为光波导振荡场传感器的导波层，入射光在样品中呈Z字形路径传播，增加了光与物质（样品）的作用距离且其中光功率密度很大，可极大地增强样品的拉曼散射光强，实现拉曼光谱增强的目的。中间层玻璃层制作有圆柱形导流槽，可实现待测样品的实时动态在线拉曼光谱检测。且上下两层玻璃都镀有金属膜，样品处于上下两层金属膜之间，避免了液芯光纤拉曼光谱增强系统的要求样品折射率大于包层玻璃折射率的缺点，拓宽了其应用范围。本装置结构简单，易于实现且成本低廉。

本发明是通过以下技术方案实现的，它包括耦合棱镜、耦合棱镜底面金属膜、下层玻璃金属膜、下层玻璃层、中间层玻璃层，其特征在于：下层玻璃层、中间层玻璃层和耦合棱镜从下至上依次紧密贴合连接，所述耦合棱镜的底面连有耦合棱镜底面金属膜，所述下层玻璃层连有下层玻璃金属膜。

所述耦合棱镜是三角棱镜或者圆柱形柱面镜中的一种。

所述的耦合棱镜底面金属膜是金膜、银膜或者铜膜中的一种，膜厚为30~50nm。

所述中间层玻璃层中心位置处有一个样品池，样品池形状为圆形或者方形中的一种。

所述的中间层玻璃层两侧壁中心位置之间设有一个圆柱形槽孔，圆柱形槽孔与样品池相通，样品池的一侧的圆柱形槽孔为样品流入口，样品池的另一侧的圆柱形槽孔为样品回流口。可与导流软管配合使用，实现注入及回流待测样品的目的。

所述的下层玻璃金属膜是金膜、银膜或者铜膜中的一种，膜厚为100~300nm。

所述的耦合棱镜、中间层玻璃层和下层玻璃层可通过光胶法或者分子吸附力法来粘合。

所述中间层玻璃层和下层玻璃层都采用方形光学玻璃。