双轴激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置的制造方法_2

文档序号:9488190阅读:来源:国知局
夹角为2 Θ,并关于测量面法线对称。
[0030]本发明装置包括环形光发生系统可以用沿入射光轴方向放置的产生矢量光束的矢量光束发生系统和光瞳滤波器替代。
[0031]有益效果
[0032]本发明对比已有技术,具有以下优点:
[0033]1)将具有高空间分辨能力的双轴共焦显微技术与质谱探测技术相融合,使双轴共焦显微成像系统的光斑实现聚焦探测和样品解吸电离双重功能,可实现样品微区质谱的高空间质谱显微成像;
[0034]2)结合拉曼光谱和激光诱导击穿光谱的探测,克服了现有激光质谱仪无法对中性原子、分子、中离子及基团等进行探测的不足,实现激光多谱(质谱、拉曼光谱和激光诱导击穿光谱)组分成像探测的优势互补和结构功能融合,可以获得更为全面的微区组分信息;
[0035]3)利用错位相减双轴共焦轴向强度曲线的过零点进行样品预先定焦,使最小聚焦光斑聚焦到样品表面,可实现样品微区高空间分辨质谱探测和微区显微成像,有效地发挥双轴共焦系统高空间分辨的潜能;
[0036]4)利用错位相减双轴共焦轴向强度曲线过零点进行样品预先定焦处理,可抑制现有质谱仪因长时间质谱成像中聚焦光斑相对被测样品的漂移问题;
[0037]5)利用环形光束成像既压缩了聚焦光斑的尺寸大小,又为质谱探测提供了结构方面的最佳融合,可提高激光质谱仪的空间分辨能力;
[0038]6)利用双轴结构光束斜入射探测,克服了现有共焦显微成像技术无法抑制焦面杂散光干扰的缺陷,抗杂散光能力强。
【附图说明】
[0039]图1为双轴激光共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像方法示意图;
[0040]图2为双轴激光共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像方法变换示意图;
[0041]图3为实施例1的双轴激光共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像方法与装置示意图。
[0042]其中:1-点光源,2-准直透镜、3-平行光束、4-环形光发生系统、5-环形光、6_测量物镜、7-入射光轴、8-被测样品、9-等离子体羽、10-米集光轴、11-米集透镜、12-分光器、13-聚焦透镜,14-强度点探测器、15-双轴共焦轴向强度曲线、16-移位双轴共焦轴向强度曲线、17-错位相减双轴共焦轴向强度曲线、18-计算机、19-激光诱导击穿光谱、20-电离样品吸管、21-质谱探测系统、22-三维工作台、23-测量面法线、24-针孔、25-光强探测器、26-激光诱导击穿光谱收集透镜、27-激光诱导击穿光谱探测系统、28-矢量光束发生系统、29-光瞳滤波器、30-脉冲激光器、31-聚光透镜、32-传光光纤、33-出射光束衰减器、34-探测光束衰减器、35- 二向色滤光器、36-拉曼光谱、37-拉曼光谱收集透镜、38-拉曼光谱探测系统。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0044]本发明的核心方法如图1所示,以下实施例均是在图1基础上实现的。
[0045]实施例1
[0046]本发明实施例基于图3所示的双轴激光共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像装置,该装置采用脉冲激光器30、聚光透镜31和聚光透镜31焦点处的传光光纤32替代图1中的点光源1。在图3的激光聚焦系统中引入出射光束衰减器33,在激光双轴共焦探测系统中引入探测光束衰减器34。
[0047]如图3所示,双轴激光共焦LIBS、拉曼光谱-质谱成像装置包括脉冲激光器30、聚光透镜31和聚光透镜31焦点处的传光光纤32构成的点光源1,沿入射光轴7方向放置的准直透镜2、出射光束衰减器33、环形光发生系统4、聚焦光斑到被测样品8的测量物镜6,还包括沿采集光轴10方向放置的用于探测测量物镜6聚焦光斑反射光强度信号的采集透镜11、分光器12、激光诱导击穿光谱收集透镜26和位于激光诱导击穿光谱收集透镜26焦点的激光诱导击穿光谱探测系统27,位于分光器12反射方向的二向色分光镜35、拉曼光谱收集透镜37和位于拉曼光谱收集透镜37焦点的拉曼光谱探测系统38,位于二向色分光镜35反射方向的探测光束衰减器34、聚焦透镜13和位于聚焦透镜13焦点的强度点探测器14,还包括用于探测测量物镜6聚焦光斑解吸电离的离子体羽9组分的电离样品吸管20和质谱探测系统21,入射光轴7和采集光轴10之间的夹角为2 Θ,并关于测量面法线23对称。其中,强度点探测器14可以由针孔24和光强探测器25构成。
[0048]主要构成的功能如下:
[0049]由点光源1、沿入射光轴7方向放置的准直透镜2、环形光发生系统4、聚焦光斑到被测样品8的测量物镜6构成的激光聚焦系统用于产生超过衍射极限的微小聚焦光斑,该超衍射微小尺寸光斑具有测量样品表面和产生表面等离子体的双重功能。
[0050]由沿米集光轴10方向的米集物镜11、分光器12、位于分光器12反射方向的二向色分光器35和位于二向色分光器35反射方向的聚焦透镜13、聚焦透镜13焦点处的强度点探测器14构成的激光双轴共焦探测系统对被测样品8进行精密定焦,并对测量物镜6聚焦到被测样品8的光斑位置进行轴向定位,测得对应聚焦光斑位置的样品高度。
[0051]由米集物镜11、分光器12、位于分光器12反射光方向的二向色分光器35和拉曼收集透镜37和位于拉曼光谱收集透镜37焦点处的拉曼光谱探测系统38构成的拉曼光谱探测系统,用于对被测样品8的拉曼光谱36进行探测,测得对应聚焦光斑区域的样品分子结构和化学键信息。
[0052]由电离样品吸管20和质谱探测系统21构成的质谱探测系统基于飞行时间法(T0F)探测等离子体羽9中的带电原子、分子等,来进行飞行时间质谱探测。
[0053]由米集物镜11、分光器12、位于分光器12透射方向的激光诱导击穿光谱收集透镜26和位于激光诱导击穿光谱收集透镜26焦点处的激光诱导击穿光谱探测系统27构成的激光诱导击穿光谱探测系统,用于对被测样品8的激光诱导击穿光谱19进行探测,测得对应聚焦光斑区域的样品元素组成信息。
[0054]由环形光发生系统4和测量物镜6构成的环形光横向超分辨系统,用于压缩聚焦光斑横向尺寸。
[0055]由计算机18、三维工作台22构成的三维运动系统可对被测样品8进行轴向定焦定位和三维扫描。
[0056]由出射光束衰减器33和探测光束衰减器34构成光强调节系统,用于衰减聚焦光斑和强度点探测器14探测的光斑强度,以适应样品表面定位时的光强强度需求。
[0057]脉冲激光器30的波长、脉宽和重复频率可根据需要选择。
[0058]对被测样品进行高分辨质谱成像的过程主要包括以下步骤:
[0059]步骤一、脉冲激光器30出射的光束经聚光透镜31、传光光纤32和准直透镜2后准直为平行光束3,该平行光束3经出射光束衰减器33、环形光发生系统4生成环形光束5,环形光束5再经测量物镜6聚焦为超过衍射极限的微小光斑照射在被测样品8上;
[0060]步骤二、利用计算机18控制三维工作台22使由沿采集光轴10方向的采集物镜11、分光器12、位于分光器12反射方向的和位于二向色分光器35反射方向的聚焦透镜13、聚焦透镜13焦点处的强度点探测器14构成的激光双轴共焦探测系统对被测样品8进行轴向扫描,测得双轴共焦轴向强度曲线15 ;
[0061]步骤三、将双轴共焦轴向强度曲线15沿z向平移s后得到移位双轴共焦轴向强度曲线16,然后将移位双轴共焦轴向强度曲线16与双轴共焦轴向强度曲线15相减处理得到错位相减双轴共焦轴向强度曲线17,利用错位相减双轴共焦轴向强度曲线17可以精确定位被测样品8该点轴向高度信息,探测光束衰减器33用于衰减光强以避免强度点探测器14过饱和探测;
[0062]步骤四、计算机18依据错位相减双轴共焦轴向强度曲线17的零点位置zA减去平移s/2的(za-s/2)值来控制三维工作台22,使测量物镜6的聚焦光斑聚焦到被测样品8上,实现对被测样品8的初始定焦;
[0063]步骤五、利用拉曼光谱探测系统38对经分光器12反射、二向色分光器35透射和拉曼光谱收集透镜37收集的拉曼光谱36进行探测,测得对应聚焦光斑区域的样品化学键及分子结构信息;
[0064]步骤六、改变脉冲激光器30工作模式,调节出射光束衰减器30来增强测量物镜6的聚焦光斑强度,激发被测样品8的微区解吸电离产生等离子体羽9 ;
[0065]步骤
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