[发明专利]一种激光差动共焦Raman-LIBS-质谱联用显微成像方法与装置

说明书

本发明涉及一种激光差动共焦Raman‑LIBS‑质谱联用显微成像方法与装置，属于共焦显微成像、光谱成像及质谱成像测量技术领域。本发明将后置分光瞳激光差动共焦显微成像技术与光谱、质谱探测技术结合，利用经超分辨技术处理的后置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，利用光谱探测系统对聚焦光斑激发光谱进行微区光谱探测，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。本发明可为生物医学、材料科学、矿产、微纳制造等领域形态成像及物质组分探测提供一条全新的有效技术途径。

技术领域

本发明属于共焦显微成像技术、光谱成像技术和质谱成像技术领域，将后置分光瞳激光差动共焦显微成像技术、拉曼光谱成像技术、激光诱导击穿光谱成像技术与质谱成像技术相结合，涉及一种激光差动共焦Raman-LIBS-质谱联用显微成像方法与装置，在生物医学、材料科学、物理化学、矿产、微纳制造等领域有广泛的应用前景。

背景技术

目前物质组分高空间分辨探测的方法主要有激光拉曼光谱探测技术(RamanSpectroscopy)、激光诱导击穿光谱探测技术(LIBS，Laser Induced BreakdownSpectroscopy)和激光质谱探测技术(Mass spectrometry)。

激光拉曼光谱探测技术是一种基于拉曼散射光谱的非侵入性、无损伤地获取物质分子结构特征与成分的探测技术，其利用激光照射样品激发出与入射激光波长不同的拉曼光谱，通过探测拉曼光谱的谱峰频移、谱峰强度及宽度等信息来探测样品化学键和分子结构信息，进而得到物质分子组分及形态，其突出优势是可探测分子化学键、分子结构和分子组分信息。

激光诱导击穿光谱探测技术是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素探测技术，其利用高功率密度的激光作用在样品表面，使样品表面极少部分材料产生激光诱导等离子体，通过探测激光诱导等离子体中的原子和离子发射光谱，得到物质的原子与小分子元素组成信息，进而确定样品的组分组成，其突出优势是可探测原子与小分子的元素组成。

激光质谱探测技术是一种基于等离子体激发的高特异性和高灵敏度的微量元素探测技术，其利用激光照射样品实现物质电离，并对电离后的离子加速，通过探测不同离子荷质比和数量来确定样品组分，其突出优势是可探测带电离子、分子碎片等元素组成，能实现复杂样品组分信息的准确探测。

上述三种激光组分探测技术中，激光拉曼光谱技术可以识别物质成分但不能测量样品中的元素，激光诱导击穿光谱技术可测量物质元素但不能测量样品分子结构，激光质谱技术虽然探测灵敏度高但只能识别电离后带电离子、分子碎片等元素。

随着生命科学、材料科学、物理化学、环境科学和深空探测等研究的不断深入，如何实现样品微区物质完整组分信息高分辨、高灵敏的探测是目前激光组分探测领域亟待研究的重大问题，在生物医学、物理化学、材料工程和深空探测等领域具有重大背景需求。

近年来，随着脉冲激光技术的快速发展，仅通过调节聚焦脉冲光束的波长、脉宽和强度就可激发出样品的散射光谱和表面离子体(激发表面等离子体要比激发散射光谱所需的光强度大)，可使样品散射出拉曼光谱、诱导击穿光谱，以及带电的原子、分子、分子碎片和中性的原子、分子、中离子等。目前，如何完整地获取样品微区同位置点的拉曼光谱、诱导击穿光谱，以及带电的原子、分子、分子碎片和中性的原子、分子、中离子等信息，对于样品组分信息的完整获取具有重要的作用。