拉曼光谱检测中荧光抑制方法的研究

论文摘要

拉曼光谱在化学、生物医学、材料、环保等领域有着非常广泛的应用。但是拉曼光谱检测经常受到荧光背景干扰,而且拉曼光强度远小于荧光强度以至于被荧光完全淹没,因此荧光抑制措施尤为重要。移频激发法(SERDS)是一种常用的荧光抑制方法,它采用两种波长相近的激发光源,获得两组光谱,将这两组光谱做差分,达到抑制荧光背景的目的。此方法具有抑制荧光能力强,适用范围广的优点。本文采用波长为532nm,526.5nm的半导体泵浦固态激光器和全息窄带滤光片,设计并实现了一套价格相对便宜的SERDS拉曼光谱检测系统。本文设计并制作了光学密度高、带宽窄的全息滤光片,达到了滤除瑞利散射光的目的;对激发光源、激发光路、收集光路精心设计,提高信噪比。推导了解卷积模型从差值谱中复原拉曼光谱,详细分析了解卷积算法噪声大、负值、振荡产生的原因,为了克服解卷积算法的缺点,提出了多重能量约束迭代算法,并通过Matlab计算仿真,该算法信噪比高,收敛速度快。利用自主设计的拉曼光谱系统,检测了常见的有机液体,例如甲醇、乙醇、丙酮等的拉曼光谱,拉曼位移均在实验误差范围内。对混有荧光物质阿维菌素的甲醇溶液进行检测,采用多重能量约束迭代算法,得到了质量较好的甲醇拉曼光谱,又成功检测出掺有荧光物质的乙腈溶液中乙腈的拉曼光谱,验证了SERDS方法能够有效的抑制荧光和多重能量约束迭代算法能够很好的复原拉曼光谱;最后对荧光很强的农药进行初步的尝试,虽没有得到预期的结果,但建立了相应的理论模型来分析主要原因,提出了今后的改进方向。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 拉曼光谱及应用
• 1.2 拉曼光谱检测的干扰因素
• 1.3 荧光抑制方法综述
• 1.3.1 荧光淬灭剂法
• 1.3.2 光漂白法
• 1.3.3 红外/紫外光激发法
• 1.3.4 偏振调制法
• 1.3.5 移频激发法（SERDS）
• 1.3.6 高频调制法
• 1.3.7 门控法
• 1.3.8 数值处理法
• 1.3.9 非线性效应法
• 1.4 论文研究的目的及其内容
• 第二章 移频激发法
• 2.1 SERDS 荧光抑制原理
• 2.2 解卷积模型推导及归一化处理
• 2.2.1 解卷积算法简介
• 2.2.2 解卷积算法存在的问题分析
• 2.3 维纳滤波
• 2.4 约束最小二乘法
• 2.5 负能量约束迭代算法
• 2.6 多重能量约束迭代算法
• 第三章 拉曼光谱检测系统
• 3.1 激发光源
• 3.2 激发光路设计
• 3.3 全息窄带滤光片制作
• 3.3.1 记录角度计算
• 3.3.2 旋转角度计算
• 3.3.3 滤光片拍摄
• 3.3.4 制作流程及工艺
• 3.3.5 滤光片测试及结果
• 3.4 收集光路设计
• 3.5 光谱仪定标
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 无荧光干扰的拉曼检测
• 4.2 荧光物质干扰下甲醇的拉曼检测
• 4.3 乙腈加荧光物质的检测
• 4.4 农药检测与讨论
• 4.5 拉曼光谱系统灵敏度理论模型分析与比较
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢