激光差动共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于差动共焦显微成像技术、光谱成像技术和质谱成像技术领域，将激光差动共焦显微成像技术、激光诱导击穿光谱成像技术、拉曼光谱成像技术与质谱成像技术相结合，涉及一种高空间分辨激光差动共焦诱导击穿、拉曼光谱一质谱显微成像方法与装置，在生物、材料、矿产、微纳制造等领域有广泛的应用前景。
技术背景
[0002]质谱仪(Mass Spectrometry)是将样品中的组分发生电离，使生成的不同荷质比的带电原子、分子或分子碎片在电场和磁场的作用下分别聚焦而得到按质荷比大小顺序排列的图谱仪器。质谱成像是对样品二维区域内多个微小区域分别进行质谱分析来检测特定质荷比(m/z)物质的分布。
[0003]自上世纪80年代中期基质辅助激光解吸电离这种高灵敏度和高质量检测范围生物质谱成像技术的出现，开拓了质谱学一个崭新的领域一生物质谱，促使质谱技术应用范围扩展到生命科学研究的众多领域，特别是质谱在蛋白质、核酸、糖蛋白分析等方面的应用，不仅为生命科学研究提供了新手段，而且也促进了质谱技术自身的发展。
[0004]但现有基质辅助激光解吸电离质谱仪存在以下突出问题:
[0005]I)由于利用简单的激光聚焦来解吸电离样品，因而其仍存在激光聚焦光斑大、质谱探测空间分辨力不高等问题；
[0006]2)无法对中性原子、分子、中离子及基团等进行探测，其结果制约了样品组分信息的准确完整获取；
[0007]3)质谱成像所需时间长，激光质谱仪聚焦光斑轴向位置相对被测样品常发生漂移问题。
[0008]而矿产、空间物质以及生物样品的“微区”形貌和完整组分信息的准确获取对于科学研究和生产检测都具有极其重要的意义。事实上，如何高灵敏地探测微区成分信息是目前矿产分析、生化检测等领域亟待研究的重要技术问题。
[0009]激光诱导击穿光谱的强脉冲激光聚焦到样品表面会使样品离子化，可激发样品产生等离子体，通过探测等离子体能量衰退辐射出的光谱可获取样品的原子及小分子元素组成信息；利用激光拉曼光谱技术可测量样品的分子激发光谱，获得样品中的化学键和分子结构信息。将激光拉曼光谱技术、激光诱导击穿光谱(LIBS)技术相结合与质谱探测技术结合可以实现优势互补和结构功能融合，利用激光多谱(质谱、拉曼光谱和激光诱导击穿光谱)融合技术实现样品完整组分信息探测。
[0010]激光共焦显微镜“点照明”和“点探测”的成像探测机制，不仅使其横向分辨力较同等参数的光学显微镜改善1.4倍，而且还使共焦显微镜极便于与超分辨光瞳滤波技术、径向偏振光紧聚焦技术等结合来压缩聚焦光斑，进一步实现高空间分辨显微成像。
[0011]基于此，本发明提出一种高空间分辨激光差动共焦诱导击穿、拉曼光谱与质谱显微成像方法与装置，其创新在于:首次将具有高空间分辨能力的差动共焦显微技术与激光拉曼光谱技术、激光诱导击穿光谱(LIBS)技术和质谱探测技术相融合，可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。
[0012]本发明一种高空间分辨激光共焦诱导击穿、拉曼光谱与质谱显微成像方法与装置可为生物、材料、物理化学、微纳制造等领域的形貌组分成像探测提供一个全新的有效技术途径。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是为了提高质谱显微成像技术的空间分辨力、抑制成像过程中聚焦光斑相对样品的漂移，提出一种激光差动共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像，以期同时获得被测样品成分空间信息和功能信息。
[0014]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0015]本发明的高空间分辨激光差动共焦诱导击穿、拉曼光谱-质谱显微成像方法，其特征在于:利用高空间分辨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，利用激光诱导击穿光谱探测系统对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:
[0016]步骤一、使平行光束通过环形光发生系统后整形为环形光束，该环形光束再沿光输出方向透过分光镜、经中孔分色器反射进入位于光轴折反方向的中孔测量物镜并聚焦到被测样品上；
[0017]步骤二、计算机控制由中孔测量物镜、与中孔测量物镜同轴放置的轴向物镜扫描器、中孔分光器、中孔分光器反射方向的分光镜和位于分光镜反射光方向的二向色分光器，二向色分光器反射方向的差动共焦光强探测器构成的激光差动共焦探测系统通过轴向物镜扫描器对被测样品进行轴向扫描测得第一共焦轴向强度曲线和第二共焦轴向强度曲线；
[0018]步骤三、将第二共焦轴向强度曲线和第一共焦轴向强度曲线差动相减得到差动共焦轴向强度曲线，利用差动共焦轴向强度曲线可以精确定位被测样品(8)该点轴向高度信息;
[0019]步骤四、计算机依据差动共焦轴向强度曲线的零点位置^值控制轴向物镜扫描器使中孔测量物镜的聚焦光斑聚焦到被测样品上；
[0020]步骤五、利用由中孔测量物镜、与中孔测量物镜同轴放置的轴向物镜扫描器、中孔分光器、中孔分光器反射方向的分光镜、位于分光镜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谱收集透镜和拉曼光谱收集透镜焦点处的拉曼光谱探测系统构成的拉曼光谱探测系统对中孔测量物镜聚焦到被测样品的微区进行拉曼光谱探测，测得对应聚焦光斑区域的样品化学键及分子结构信息；
[0021]步骤六、改变平行光束照明模式，激发被测样品的微区解吸电离产生等离子体羽；
[0022]步骤七、利用电离样品吸管将聚焦光斑解吸电离被测样品产生的等离子体羽中的分子、原子和离子吸入质谱探测系统中进行质谱成像，测得对应聚焦光斑区域的质谱信息;
[0023]步骤八、利用激光诱导击穿光谱探测系统对经中孔分色器透射、中孔反射镜反射和激光诱导击穿光谱收集透镜收集的激光诱导击穿光谱对中孔测量物镜聚焦到被测样品的微区进行激光诱导击穿光谱探测，测得对应聚焦光斑区域的样品元素组成信息；
[0024]步骤九、计算机将激光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探测的激光聚焦微区的拉曼光谱、激光诱导击穿光谱探测系统探测的激光聚焦微区的激光诱导击穿光谱、质谱探测系统探测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；
[0025]步骤十、计算机控制二维工作台使中孔测量物镜对准被测样品的下一个待测区域，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；
[0026]步骤十一、重复步骤十直到被测样品上的所有待测点均被测到，然后利用计算机进行处理即可得到被测样品形态信息和完整组分信息。
[0027]本发明方法包括步骤一可为使平行光束通过沿光轴方向放置的矢量光束发生系统、分光镜和光瞳滤波器后整形为环