[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

摘要

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。

主权项

1.一种激光差动共焦Raman‑LIBS‑质谱联用显微成像方法，其特征在于：利用高空间分辨后置激光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激光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(LIBS)光谱探测系统对后置分光瞳激光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、光源出射的激发光束，经过准直透镜(2)准直为平行光束(3)，平行光束(3)通过压缩聚焦光斑系统(4)、依次经分光棱镜(5)透射、二向色镜A(6)反射后，由测量物镜(7)聚焦到样品(8)上，激发出载有样品微区特性参数信息的拉曼散射光，同时反射出瑞利散射光；步骤二、使计算机(33)控制精密三维工作台(10)带动样品(8)沿测量面在测量物镜(7)焦点附近上下移动；载有样品(8)信息的拉曼散射光和瑞利散射光经过测量物镜(7)收集，经过二向色镜A(6)分为两束，其中通过二向色镜A(6)反射的瑞利散射光经过分光棱镜(5)反射后，被后置分光瞳激光差动共焦探测系统(13)采集，经过收集物镜(11)以及D型收集光瞳(12)聚焦后，光斑被中继放大透镜(14)放大，光强信号被二象限探测器(15)采集；二象限探测器(15)的第一探测象限(16)和第二探测象限(17)关于采集光轴对称；二象限探测器(15)对经中继放大透镜(14)放大后的放大艾里斑(18)进行分割探测，分别得到艾里斑第一微区(19)的强度特性曲线第一离轴轴向强度曲线(21)，艾里斑第二微区(20)的强度特性曲线第二离轴轴向强度曲线(22)；步骤三、将第一离轴轴向强度曲线(21)和第二离轴轴向强度曲线(22)相减处理得到后置分光瞳激光差动共焦轴向强度曲线(23)，利用后置分光瞳激光差动共焦轴向强度曲线(23)能够精确定位样品(8)的微区轴向高度信息；步骤四、计算机(33)依据后置分光瞳激光差动共焦轴向强度曲线(23)的“过零点”位置控制精密三维工作台(10)带动样品(8)沿测量面法线方向运动，使测量物镜(7)的聚焦光斑聚焦到样品(8)上；步骤五、与此同时，经过二向色镜A(6)透射的拉曼散射光经过二向色镜B(24)反射后进入到拉曼光谱探测系统(25)中，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、改变点光源(1)的工作模式，提高照明强度，激发样品(8)的微区解吸电离产生等离子体羽(9)，部分等离子体羽(9)通过离子吸管(31)由质谱仪(32)探测，测得对应聚焦光斑区域的质谱信息；步骤七、等离子体羽湮灭发出LIBS光谱，LIBS光谱经过二向色镜A(6)和二向色镜B(24)透射后，由LIBS光谱探测系统(28)进行探测，测得样品(8)对应聚焦光斑区域的样品元素组成信息；步骤八、计算机(33)将后置分光瞳激光差动共焦探测系统(13)测得的激光聚焦光斑位置样品高度信息、拉曼光谱探测系统(25)探测的激光聚焦微区的拉曼光谱信息、LIBS光谱探测系统(28)探测的激光聚焦微区的LIBS光谱信息、质谱仪(32)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、光谱和质谱信息；步骤九、计算机(33)控制精密三维工作台(10)使测量物镜(7)焦点对准样品(8)的下一个待测区域，然后按步骤一～步骤八进行操作，得到下一个待测聚焦区域的高度、光谱和质谱信息；步骤十、重复步骤九直到样品(8)上的所有待测点均被测到，然后利用计算机(34)进行处理即可得到样品形态信息和完整组分信息。