[发明专利]用于探测样品表面的光谱成像方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于探测样品表面的光谱成像方法和系统。

其在拉曼光谱法中特别有用。其可以以诸如光致发光、荧光或阴极射 线发光的其他光谱形式而等效地使用。

背景技术

拉曼光谱法是一种提供与样品有关的分子特异性信息的分析技术。当 单色光或辐射投射到样品上时，样品与该光相互作用。入射辐射的一部分 会被样品散射。被散射的辐射可包含其中辐射频率保持不变的弹性分量以 及具有改变后的频率的非弹性分量。弹性散射分量称为瑞利散射。如果非 弹性分量是由与分子键的振动相互作用的光引起的，则该非弹性分量称为 拉曼散射。

在M Delhaye和P Dhamelincourt的论文“Raman Microprobe and Microscope with Laser Excitation”，Journal of Raman Spectroscopy，3 (1975)，33-43以及文献FR 2253410中，描述了现有的拉曼分析装置。用 来自激光器的单色光辐照样品，并且使散射光通过单色仪，以选取所产生 的拉曼光谱的特定辐射。单色仪包括入射狭缝，该装置的光学系统将样品 上的被照射点或线的像聚焦在该入射狭缝上。另一光学系统将该入射狭缝 的像聚焦在出射狭缝上。在入射狭缝与出射狭缝之间，单色仪具有诸如衍 射光栅的色散装置，该色散装置具有将入射的拉曼光谱分裂成取决于频率 的角度范围的作用。出射狭缝和衍射光栅的相对定位由此在拉曼光谱中选 取所关注的希望谱线。

由于拉曼光谱法的分析最小为亚微米级的尺寸的显微样品的能力，拉 曼光谱法在过去的十年中得到广泛使用。在拉曼显微镜中，激发射束被导 引到物镜中，并且从物镜导引信号射束，其中该物镜用作聚焦和会聚光学 部件。

在文献US 7102746中描述中另一种现有技术拉曼显微镜。公开了这样 的紧凑的拉曼光谱仪，其可作为附件被装配到无穷校正的光学显微镜上。 为了减小光谱仪的尺寸，该光谱仪包括激光二极管、具有小孔径的小的光 学部件、以及CCD探测器。

通过对样品面积或体积内的每个点测量光谱，可以在样品的二维面积 或三维体积上测绘拉曼谱带的强度，从而产生样品的二维或三维拉曼图像。 光谱图像可用于观测样品的组分分布。可以通过在X-Y方向上移动样品， 或者使用具有垂直扫描轴的一对检流镜来移动激光光斑，实现二维光谱测 绘。

然而，利用传统的CCD探测器，将数据从CCD传送到中央单元的过 程很慢。即使在像素上探测到的能量具有引起短曝光时间的高强度，每秒 钟也仅可获得很少的光谱。从CCD探测器到中央单元逐个光谱地发送光 谱数据。要获得具有50点×50点的分辨率的拉曼图像，就需要大约两个 小时。利用传统的拉曼显微镜获得拉曼光谱所需的时间极其重要。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供这样的一种用于探测样品表面的光谱成 像系统，其能够缩短获得样品表面的二维图像所需的时间。

扫描样品表面所需的时间和将数据从CCD探测器传送到成像装置所 需的时间得到显著缩短。

利用这样的光谱成像系统，可以在小于10分钟内获得这样的拉曼图 像，例如，其具有50点×50点的分辨率。

本发明的另一个目的在于，提供这样的一种光谱成像方法，其能够在 样品表面处快速定域(localize)具有光谱特性的一个或多个元素(element)， 即使所述元素的尺寸为微米量级。

该光谱成像方法可概括和应用于诸如光致发光、荧光或阴极射线发光 的其他光谱方法。

为此，本发明涉及一种用于探测样品表面的光谱成像方法，其包括第 一步骤a)，其中：

-用激发射束照射所述样品表面，以产生发射光，

-会聚所述发射光，以形成具有能量的发射光束，

-测量所述发射光束的所述能量，以获得所述样品表面的光谱图像。

根据本发明：

-在所述第一步骤a)中，沿两个方向X和Y在所述样品表面上扫描 所述激发射束，以照射所述样品表面上的被扫描区域且测量在所述被扫描 区域上的所述发射光束的所述能量，当在所述被扫描区域上扫描所述激发 射束以及时间t期间对所述发射光束的所述能量进行积分，以获得所述被 扫描区域的平均光谱图像，

-所述光谱成像方法还包括：