小型化显微拉曼光谱系统构建及其应用研究

• 作 者: 刘希
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 小型显微拉曼 药片浓度分布 表面拉曼增强基底 染料检测

近些年来,随着食品安全、医药卫生以及私带违禁品等问题的频发,人们对现场快速检测的需求持续增长。拉曼光谱技术作为一种强有力的分析手段,在医药、食品、环境、材料等领域受到越来越广泛的关注。大型激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能高体积大,无法满足现场检测的要求,而便携式拉曼光谱仪灵敏度和空间分辨能力尚且存在不足,应用范围受到一定的限制。另外一方面,表面拉曼增强技术极大增强了拉曼散射信号强度,使得被测物质的检测限大幅下降。由于表面增强基底的性能直接影响被测物质的检测限,寻找一种性能优良且低成本的增强基底一直是拉曼光谱及应用技术研究的热点和关键。针对上述问题,本文主要进行了以下几个方面的研究工作:为了实现样品的原位微区拉曼分析、空间分布的拉曼成像同时满足现场快速检测的要求,我们构建了一台小型化显微拉曼光谱系统。系统由785 nm单模激光器、显微镜、外光路模块、共焦模块和单色仪构成。我们搭建了一个共焦模块,并采用显微镜物镜和共焦针孔将样品表面的光斑大小聚焦为14mm左右;采用自由空间传输的方式,将由外光路收集的拉曼信号直接耦合进入单色仪的狭缝,减少了由光纤耦合造成的损失,提高了系统的光通量。对已构建的系统进行定标和性能测试,系统的光谱范围为:800 nm-1044 nm,光谱分辨率:4-6cm^-1,测试结果表明系统具有较高的波数准确度和光谱探测灵敏度以及较好的稳定性。为了检验所构建拉曼光谱系统的性能,我们利用已构建的系统开展了激光彩色打印文件墨迹的拉曼光谱测量实验,对文件中青色墨粉的分布作了测量。以片剂甲硝唑粉末为主药成分,木薯淀粉为辅料制作混合粉末样品,利用所构建的系统结合偏最小二乘算法对样品表面甲硝唑浓度分布进行预测,结果显示出其浓度分布的不均匀性。此外,我们提出了一种基于卷对卷UV微金字塔印刷技术和溶液自组装的表面拉曼增强（SERS）基底制备方法,得到了一种可大面积制作的柔性SERS基底。以罗丹明6G（R6G）作为探针分子对基底性能进行探究,实验证明该基底可检测到浓度低至10^-9 mol/L的R6G信号,且基底具有较好的均一性及可重复性。另外一方面,我们利用该基底检测染色花茶中的工业染料,实验结果显示4.8′10^-7 g/ml的R6G、10^-6 g/ml的孔雀石绿以及10^-6 g/ml的碱性嫩黄O可被检测到,实现了染色花茶中染料的低浓度检测。