便携式低频拉曼光谱仪研制与应用

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拉曼光谱检测技术是一种从分子层次分析物质的手段,具有包含信息丰富、检测快速、样品用量少、无需前处理及具有固定的拉曼频移等多种优点。拉曼散射自被发现以后就迅速成为了人们关注的重点,并在材料分析、药物鉴定、表面化学等多种领域等到了重要应用。便携式拉曼光谱仪具有便于携带、可现场快速检测、实时得到检测结果等优点,主要面向于工业化生产线及公共安全等现场检测领域。
  本文课题来源于国家重点研发项目口服固体制剂生产过程实时检测及控制关键技术、应用及相关监管法规研究(2017YFF0210102)。药物安全问题一直是人们的关注重点,各大药厂对药物原辅料的检验也倍加重视。即使是同种药物,也可能因为晶格的不同而对最终成药产生影响。对于不同药物分辨,普通的便携式拉曼光谱仪便可以实现。而由于晶格空间排列不同而形成的多晶型药物,普通的拉曼光谱范围可能难以实现区分,需要更低的拉曼区域信息来进行区分。然而目前市面上并未发现有可测低频拉曼信号的便携式拉曼光谱仪。本文主要研究可测至低波数的便携式拉曼光谱仪,以实现对不同晶型的阿立哌唑药物的实时区分。本文主要针对光路设计、元件选择、软硬件实现等方面进行了研究,并用研制好的低频拉曼光谱仪对不同晶型的阿立哌唑进行了检测与分析。本文的主要工作内容包括以下几点:
  1.针对可实现低频拉曼信号检测的系统进行了调研,主要包括三级单色仪联用、碘蒸汽滤波器、多通道法布里-珀罗干涉仪滤波器等。
  2.研究了便携式拉曼光谱仪理论模型,分析了其主要系统结构及实现便携式低频拉曼光谱仪所需要的条件,包括激光器的选择,光路的设计,滤波片的选择等。
  3.完成了便携式拉曼光谱仪的光路结构选择,并通过市场调研选择了符合本文设计的滤波片型号。本文对同等的陷波滤波片与长波通滤波片在仪器搭建中的滤波效率作了比较,并通过最终调试得到了可测至低波数的光学系统。
  4.实现了便携式拉曼光谱仪的硬件结构,包括主控制板、屏幕、摄像头等内部硬件,完成了整机外部结构设计以及相关辅助聚焦的外部配件,包括二维支架与样品池。对原有软件进行了功能上的修改以满足最终需求。
  5.基于本文研制的便携式低频拉曼光谱仪,对多晶型药物阿立哌唑样品进行了检测分析。
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