[发明专利]分光瞳激光差动共焦LIBS、拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置

摘要

本发明涉及一种分光瞳激光差动共焦LIBS、拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置，属于共焦显微成像、光谱成像和质谱成像技术领域。本发明将分光瞳差动共焦成像与光谱、质谱探测技术结合，利用经超分辨技术处理的分光瞳差动共焦显微镜的微小聚焦光斑对样品进行高空间分辨形态成像，利用质谱探测系统对样品微区带电分子、原子等进行质谱探测，利用光谱探测系统对分光瞳差动共焦显微系统聚焦光斑激发光谱(拉曼光谱、诱导击穿光谱)进行微区光谱探测，利用激光多谱探测的优势互补和结构融合实现样品微区完整组分信息与形态参数的高空间分辨和高灵敏成像与探测。本发明可为生物、材料等领域物质组分及形态成像探测提供一条全新的技术途径。

主权项

一种分光瞳激光差动共焦LIBS、拉曼光谱‑质谱显微成像方法，其特征在于：利用高空间分辨分光瞳差动共焦显微系统的聚焦光斑对样品进行轴向定焦与成像，利用拉曼光谱探测系统对分光瞳差动共焦显微系统聚焦光斑激发样品产生的拉曼光谱进行探测，利用质谱探测系统对分光瞳差动共焦显微系统聚焦光斑解吸电离样品而产生的带电分子、原子等进行微区质谱成像，利用激光诱导击穿光谱探测系统对分光瞳差动共焦显微系统聚焦光斑解吸电离样品而产生的等离子体发射光谱进行探测，然后再通过探测数据信息的融合与比对分析继而实现被测样品微区高空间分辨和高灵敏形态与组分的成像与探测，包括以下步骤：步骤一、使平行光束(3)通过沿入射光轴(8)方向放置的压缩聚焦光斑系统(4)、D型照明收集镜(5)中的D型照明光瞳(6)聚焦到被测样品(9)上；步骤二、使计算机(24)控制三维工作台(25)带动被测样品(9)沿测量面法线(10)方向在D型照明收集镜(5)焦点附近上下移动，利用沿采集光轴(12)方向放置的D型收集光瞳(7)、分光器(28)、分光器(28)反射方向的二向色分光器(43)和位于二向色分光器(43)反射方向的采集透镜(13)、中继放大透镜(14)和位于中继放大透镜(14)焦面(15)并关于采集光轴(12)对称放置的第一光强点探测器(17)和第二光强点探测器(18)对放大艾里(16)进行分割探测，得到艾里斑第一微区(19)和艾里斑第二微区(20)的强度特性曲线分别为第一离轴共焦轴向强度曲线(21)和第二离轴共焦轴向强度曲线(22)；步骤三、将第一离轴共焦轴向强度曲线(21)和第二离轴共焦轴向强度曲线(22)相减处理得到分光瞳差动共焦轴向强度曲线(23)，利用分光瞳差动共焦轴向强度曲线(23)可以精确定位被测样品(8)该点轴向高度信息；步骤四、计算机(24)依据分光瞳差动共焦轴向强度曲线(23)的零点位置z_A值控制三维工作台(25)带动被测样品(9)沿测量面法线(10)方向运动，使D型照明收集镜(5)的聚焦光斑聚焦到被测样品(9)上；步骤五、利用拉曼光谱探测系统(46)对经分光器(28)反射、二向色分光器(43)透射和光谱收集透镜(45)收集的拉曼光谱(44)进行探测，测得对应聚焦光斑区域的样品化学键及分子结构信息；步骤六、改变平行光束(3)照明模式，激发被测样品(8)的微区解吸电离产生等离子体羽(9)；步骤七、利用电离样品吸管(26)将聚焦光斑解吸电离被测样品(9)产生的等离子体羽(11)中的分子、原子和离子吸入质谱探测系统(27)中进行质谱成像，测得对应聚焦光斑区域的质谱信息；步骤八、利用激光诱导击穿光谱探测系统(30)对经分光器(28)透射和激光诱导击穿光谱收集透镜(29)收集的激光诱导击穿光谱(42)进行探测，测得对应聚焦光斑区域的样品元素组成信息；步骤九、计算机(24)将激光分光瞳差动共焦探测系统测得的激光聚焦光斑位置样品高度信息、激光拉曼光谱探测系统(39)探测的激光聚焦微区的拉曼光谱(37)、激光诱导击穿光谱探测系统(30)探测的激光聚焦微区的激光诱导击穿光谱(42)、质谱探测系统(27)测得的激光聚焦微区的质谱信息进行融合处理，继而得到聚焦光斑微区的高度和质谱信息；步骤十、计算机(24)控制三维工作台(25)使D型照明收集镜(5)焦点对准被测样品(9)的下一个待测区域，然后按步骤二～步骤九进行操作，得到下一个待测聚焦区域的高度、光谱和质谱信息；步骤十一、重复步骤十直到被测样品(9)上的所有待测点均被测到，然后利用计算机(24)进行处理即可得到被测样品形态信息和完整组分信息。