激光差動共焦libs、拉曼光譜-質譜成像方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于差動共焦顯微成像技術、光譜成像技術和質譜成像技術領域，將激光差動共焦顯微成像技術、激光誘導擊穿光譜成像技術、拉曼光譜成像技術與質譜成像技術相結合，涉及一種高空間分辨激光差動共焦誘導擊穿、拉曼光譜一質譜顯微成像方法與裝置，在生物、材料、礦產、微納制造等領域有廣泛的應用前景。
技術背景
[0002]質譜儀(Mass Spectrometry)是將樣品中的組分發生電離，使生成的不同荷質比的帶電原子、分子或分子碎片在電場和磁場的作用下分別聚焦而得到按質荷比大小順序排列的圖譜儀器。質譜成像是對樣品二維區域內多個微小區域分別進行質譜分析來檢測特定質荷比(m/z)物質的分布。
[0003]自上世紀80年代中期基質輔助激光解吸電離這種高靈敏度和高質量檢測范圍生物質譜成像技術的出現，開拓了質譜學一個嶄新的領域一生物質譜，促使質譜技術應用范圍擴展到生命科學研究的眾多領域，特別是質譜在蛋白質、核酸、糖蛋白分析等方面的應用，不僅為生命科學研究提供了新手段，而且也促進了質譜技術自身的發展。
[0004]但現有基質輔助激光解吸電離質譜儀存在以下突出問題:
[0005]I)由于利用簡單的激光聚焦來解吸電離樣品，因而其仍存在激光聚焦光斑大、質譜探測空間分辨力不高等問題；
[0006]2)無法對中性原子、分子、中離子及基團等進行探測，其結果制約了樣品組分信息的準確完整獲取；
[0007]3)質譜成像所需時間長，激光質譜儀聚焦光斑軸向位置相對被測樣品常發生漂移問題。
[0008]而礦產、空間物質以及生物樣品的“微區”形貌和完整組分信息的準確獲取對于科學研究和生產檢測都具有極其重要的意義。事實上，如何高靈敏地探測微區成分信息是目前礦產分析、生化檢測等領域亟待研究的重要技術問題。
[0009]激光誘導擊穿光譜的強脈沖激光聚焦到樣品表面會使樣品離子化，可激發樣品產生等離子體，通過探測等離子體能量衰退輻射出的光譜可獲取樣品的原子及小分子元素組成信息；利用激光拉曼光譜技術可測量樣品的分子激發光譜，獲得樣品中的化學鍵和分子結構信息。將激光拉曼光譜技術、激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術相結合與質譜探測技術結合可以實現優勢互補和結構功能融合，利用激光多譜(質譜、拉曼光譜和激光誘導擊穿光譜)融合技術實現樣品完整組分信息探測。
[0010]激光共焦顯微鏡“點照明”和“點探測”的成像探測機制，不僅使其橫向分辨力較同等參數的光學顯微鏡改善1.4倍，而且還使共焦顯微鏡極便于與超分辨光瞳濾波技術、徑向偏振光緊聚焦技術等結合來壓縮聚焦光斑，進一步實現高空間分辨顯微成像。
[0011]基于此，本發明提出一種高空間分辨激光差動共焦誘導擊穿、拉曼光譜與質譜顯微成像方法與裝置，其創新在于:首次將具有高空間分辨能力的差動共焦顯微技術與激光拉曼光譜技術、激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術和質譜探測技術相融合，可實現被測樣品微區高空間分辨和高靈敏形態與組分的成像與探測。
[0012]本發明一種高空間分辨激光共焦誘導擊穿、拉曼光譜與質譜顯微成像方法與裝置可為生物、材料、物理化學、微納制造等領域的形貌組分成像探測提供一個全新的有效技術途徑。
【發明內容】
[0013]本發明的目的是為了提高質譜顯微成像技術的空間分辨力、抑制成像過程中聚焦光斑相對樣品的漂移，提出一種激光差動共焦LIBS、拉曼光譜-質譜成像，以期同時獲得被測樣品成分空間信息和功能信息。
[0014]本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0015]本發明的高空間分辨激光差動共焦誘導擊穿、拉曼光譜-質譜顯微成像方法，其特征在于:利用高空間分辨激光差動共焦顯微系統的聚焦光斑對樣品進行軸向定焦與成像，利用拉曼光譜探測系統對共焦顯微系統聚焦光斑激發樣品產生的拉曼光譜進行探測，利用質譜探測系統對激光差動共焦顯微系統聚焦光斑解吸電離樣品而產生的帶電分子、原子等進行微區質譜成像，利用激光誘導擊穿光譜探測系統對差動共焦顯微系統聚焦光斑解吸電離樣品而產生的等離子體發射光譜進行探測，然后再通過探測數據信息的融合與比對分析繼而實現被測樣品微區高空間分辨和高靈敏形態與組分的成像與探測，包括以下步驟:
[0016]步驟一、使平行光束通過環形光發生系統后整形為環形光束，該環形光束再沿光輸出方向透過分光鏡、經中孔分色器反射進入位于光軸折反方向的中孔測量物鏡并聚焦到被測樣品上；
[0017]步驟二、計算機控制由中孔測量物鏡、與中孔測量物鏡同軸放置的軸向物鏡掃描器、中孔分光器、中孔分光器反射方向的分光鏡和位于分光鏡反射光方向的二向色分光器，二向色分光器反射方向的差動共焦光強探測器構成的激光差動共焦探測系統通過軸向物鏡掃描器對被測樣品進行軸向掃描測得第一共焦軸向強度曲線和第二共焦軸向強度曲線；
[0018]步驟三、將第二共焦軸向強度曲線和第一共焦軸向強度曲線差動相減得到差動共焦軸向強度曲線，利用差動共焦軸向強度曲線可以精確定位被測樣品(8)該點軸向高度信息;
[0019]步驟四、計算機依據差動共焦軸向強度曲線的零點位置^值控制軸向物鏡掃描器使中孔測量物鏡的聚焦光斑聚焦到被測樣品上；
[0020]步驟五、利用由中孔測量物鏡、與中孔測量物鏡同軸放置的軸向物鏡掃描器、中孔分光器、中孔分光器反射方向的分光鏡、位于分光鏡反射光方向二向色分光器，二向色分光器透射方向的拉曼光譜收集透鏡和拉曼光譜收集透鏡焦點處的拉曼光譜探測系統構成的拉曼光譜探測系統對中孔測量物鏡聚焦到被測樣品的微區進行拉曼光譜探測，測得對應聚焦光斑區域的樣品化學鍵及分子結構信息；
[0021]步驟六、改變平行光束照明模式，激發被測樣品的微區解吸電離產生等離子體羽；
[0022]步驟七、利用電離樣品吸管將聚焦光斑解吸電離被測樣品產生的等離子體羽中的分子、原子和離子吸入質譜探測系統中進行質譜成像，測得對應聚焦光斑區域的質譜信息;
[0023]步驟八、利用激光誘導擊穿光譜探測系統對經中孔分色器透射、中孔反射鏡反射和激光誘導擊穿光譜收集透鏡收集的激光誘導擊穿光譜對中孔測量物鏡聚焦到被測樣品的微區進行激光誘導擊穿光譜探測，測得對應聚焦光斑區域的樣品元素組成信息；
[0024]步驟九、計算機將激光差動共焦探測系統測得的激光聚焦光斑位置樣品高度信息、激光拉曼光譜探測系統探測的激光聚焦微區的拉曼光譜、激光誘導擊穿光譜探測系統探測的激光聚焦微區的激光誘導擊穿光譜、質譜探測系統探測的激光聚焦微區的質譜信息進行融合處理，繼而得到聚焦光斑微區的高度、光譜和質譜信息；
[0025]步驟十、計算機控制二維工作臺使中孔測量物鏡對準被測樣品的下一個待測區域，然后按步驟二?步驟九進行操作，得到下一個待測聚焦區域的高度、光譜和質譜信息；
[0026]步驟十一、重復步驟十直到被測樣品上的所有待測點均被測到，然后利用計算機進行處理即可得到被測樣品形態信息和完整組分信息。
[0027]本發明方法包括步驟一可為使平行光束通過沿光軸方向放置的矢量光束發生系統、分光鏡和光瞳濾波器后整形為環