CN105136674A - 激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法与装置,属于共焦显微成像、质谱成像及光谱测量技术领域。本发明将共焦显微成像技术与光谱、质谱探测技术结合,利用高空间分辨共焦系统对样品进行轴向定焦与成像,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,利用光谱探测系统对共焦显微系统聚焦光斑激发光谱(拉曼光谱、诱导击穿光谱)进行微区光谱探测,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,在生物、材料、物理化学、微纳制造等领域有广泛的应用前景。
Description
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,将激光共焦显微成像技术、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共焦诱导击穿、拉曼光谱—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
质谱仪(MassSpectrometry)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。
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—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。
但现有基质辅助激光解吸电离质谱仪存在以下突出问题:
1)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;
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;
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。
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。
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。
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。
基于此,本发明提出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,其创新在于:首次将具有高空间分辨能力的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。
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
本发明的目的是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,以期获得被测样品微区形貌信息和组分信息。本发明将激光共焦显微镜聚焦光斑的探测功能与激光聚焦解吸电离功能相融合,利用经超分辨技术处理的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,利用质谱探测系统对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,利用拉曼光谱探测系统对共焦显微系统聚焦光斑激发的样品拉曼光谱进行拉曼光谱成像,利用激光诱导击穿光谱探测系统对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信息进行激光诱导击穿光谱成像,然后再通过探测数据信息的融合与比对获得完整的样品成分信息,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。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法,其特征在于:利用高空间分辨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:
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;
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、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集光透镜和集光透镜焦点处的光强探测器构成的激光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共焦轴向强度曲线;
步骤三、将共焦轴向强度曲线沿z向平移s后得到移位共焦轴向强度曲线,然后将移位共焦轴向强度曲线与共焦轴向强度曲线相减处理得到错位相减共焦曲线,利用错位相减共焦曲线可以精确定位被测样品该点轴向高度信息;
步骤四、将错位相减共焦曲线的零点位置zA减去平移值s/2得(zA-s/2),计算机依据(zA-s/2)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;
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;
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;
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;
步骤八、利用激光诱导击穿光谱探测系统对经中孔分光器透射、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;;
步骤九、计算机将激光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;
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;
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。
本发明方法包括步骤一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形光束,该环形光束再经中孔分色器反射进入中孔测量物镜并聚焦到被测样品上。
本发明方法包括步骤四为计算机依据共焦轴向强度曲线最大值M对应的位置zB值来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。
本发明方法包括步骤九为计算机控制二维扫描振镜系统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光斑的高度、光谱和质谱信息。
本发明的一种激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置,其特征在于:包括激光点光源系统、沿光轴方向放置的准直透镜、产生环形光束的环形光发生系统、分光镜、中孔分光器和沿折转光轴方向放置的聚焦光斑到被测样品的中孔测量物镜,包括用于探测中孔测量物镜聚焦光斑反射光强度信号的集光透镜和位于集光透镜焦点的光强点探测器,用于无损分离拉曼光谱的二向色滤光器,用于探测中孔测量物镜聚焦光斑激发拉曼光谱的拉曼光谱收集透镜和位于拉曼光谱收集透镜焦点的拉曼光谱探测系统以及用于探测中孔测量物镜聚焦光斑解析电离的等离子体羽组分的电离样品吸管和质谱探测系统,还包括探测激光诱导击穿光谱的中孔分色器、位于中孔分色器透射光方向的中孔反射镜、位于中孔反射镜反射光方向的光谱收集透镜和光谱收集透镜焦点处的光谱探测系统。
本发明装置中的环形光发生系统包括用沿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。
本发明装置包括激光点光源系统由脉冲激光器、位于激光出射方向的聚焦透镜和位于聚焦透镜焦点的针孔构成。
有益效果
本发明对比已有技术,具有以下优点:
1)将具有高空间分辨能力的共焦显微技术与质谱探测技术相融合,使共焦显微成像系统的光斑实现聚焦探测和样品解析电离双重功能,可实现样品微区质谱的高空间质谱显微成像;
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;
3)利用错位相减共焦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,有效地发挥共焦系统高空间分辨的潜能;
4)利用错位相减共焦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;
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。
附图说明
图1为激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法示意图;
图2为激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法变换示意图;
图3为激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置示意图;
图4为实施例1和2的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法与装置图;
图5为实施例3和4的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置图。
其中:1-平行光束、2-光强点探测器、3-环形光发生系统、4-环形光束、5-分光镜、6-中孔分光器、7-中孔测量物镜、8-被测样品、9-等离子体羽、10-计算机、11-轴向物镜扫描器、12-集光透镜、13-探测针孔、14-光强探测器、15-共焦轴向强度曲线、16-移位共焦轴向强度曲线、17-错位相减共焦曲线、18-电离样品吸管、19-质谱探测系统、20-二维工作台、21-矢量光束发生系统、22-光瞳滤波器、23-环形光束、24-激光点光源系统、25-准直透镜、26-脉冲激光器、27-聚焦透镜、28-针孔、29-中孔反射镜、30-激光诱导击穿光谱收集透镜、31-激光诱导击穿光谱探测系统、32-激光诱导击穿光谱、33-二维扫描振镜系统、34-出射光束衰减器、35-探测光束衰减器。36-二向色滤光器、37-拉曼光谱收集透镜、38-拉曼光谱探测系统、39-拉曼光谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的核心方法与装置如图1和3所示,其中,由环形光发生系统3和中孔测量物镜7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。
如图3所示,可以由点光源系统24出射的激光经准直物镜25准直后生成图1所示的平行光束1。
如图2所示,可以由矢量光束发生系统21、光瞳滤波器22替代图1中的环形光发生系统3,由矢量光束发生系统21、光瞳滤波器22和中孔测量物镜7构成的径向偏振光纵向场紧聚焦系统用于压缩聚焦光斑横向尺寸。
以下实施例均是在图1和3基础上实现的。
实施例1
本发明实施例基于图4所示的高空间分辨激光共焦光谱-质谱显微成像装置,包括激光点光源系统24,沿光轴方向放置的准直透镜25、出射光束衰减器34、环形光发生系统3、分光镜5、中孔分色器6和位于光轴折反方向并聚焦中孔分色器6反射光束到被测样品8的中孔测量物镜7,包括用于探测中孔测量物镜7聚焦光斑反射光强度信号的由探测光束衰减器35、二向色分光器36、集光透镜12、位于激光透镜12焦点处的光强点探测器2构成的共焦光强探测系统,用于探测中孔测量物镜7聚焦光斑激发的拉曼光谱39的拉曼光谱收集透镜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,以及用于探测中孔测量物镜7聚焦光斑解析电离的等离子体羽9组分的电离样品吸管18和质谱探测系统19,还包括用于探测激光诱导击穿光谱32的中孔分色器6、中孔反射镜29、位于中孔反射镜29反射光方向的光谱收集透镜30和光谱探测系统31。其中光强点探测器2可由探测针孔13和光强探测器14构成,激光点光源系统24可由脉冲激光器26、聚焦透镜27和位于聚焦透镜27焦点的针孔28构成。
由激光点光源系统24、准直透镜25、环形光发生系统3、分光镜5、中孔分色器6、轴向物镜扫描器11和中孔测量物镜7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。
由中孔测量物镜7、中孔分色器6、分光镜5、集光透镜12、光强点探测器2构成的激光共焦探测系统,用于对被测样品8进行精密定焦和测量微小聚焦光斑位置的样品高度。
由电离样品吸管18和质谱探测系统19构成的质谱探测系统基于飞行时间法(TOF)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。
由中孔分光器6、中孔反射镜29、位于中孔反射镜29反射光方向的光谱收集透镜30和光谱探测系统31构成的光谱探测系统,用于对被测样品8的激光诱导击穿光谱32进行探测,测得对应聚焦光斑区域的组分信息。
由环形光发生系统3和中孔测量物镜7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。
由矢量光束发生系统21、光瞳滤波器22和中孔测量物镜7构成的径向偏振光纵向场紧聚焦系统用于压缩聚焦光斑横向尺寸。
由计算机10、二维工作台20和轴向物镜扫描器11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。
由出射光束衰减器34和探测光束衰减器35构成光强调节系统,用于衰减聚焦光斑和光强点探测器2探测光斑的强度,以适应样品表面定位时的光强强度需求。
脉冲激光器26的波长、脉宽和重复频率可根据需要选择。
对被测样品进行高分辨激光诱导击穿、拉曼光谱-质谱成像的过程主要包括以下步骤:
步骤一、脉冲激光器26出射的光束经聚焦透镜27、针孔28和准直透镜25后准直为平行光束1,该平行光束1经出射光束衰减器34、环形光发生系统3、分光镜5、中孔分光器6反射、中孔测量物镜7后聚焦为超过衍射极限的微小光斑照射在被测样品8上;
步骤二、利用计算机10控制轴向物镜扫描器11,使由中孔测量物镜7、与中孔测量物镜7同轴放置的轴向物镜扫描器11、中孔分光器6、中孔分光器6反射方向的分光镜5、位于分光镜5反射光方向的二向色分光器36和位于二向色分光器36反射方向的探测光束衰减器35、集光透镜12和集光透镜12焦点处的光强点探测器2构成的激光共焦探测系统对被测样品8进行轴向扫描,测得共焦轴向强度曲线15,探测光束衰减器35用于衰减光强以避免光强点探测器2过饱和探测;
步骤三、将共焦轴向强度曲线15沿z向平移s后得到移位共焦轴向强度曲线16,然后将移位共焦轴向强度曲线16与共焦轴向强度曲线15相减处理得到错位相减共焦曲线17,利用错位相减共焦曲线17可以精确定位被测样品8该点轴向高度信息;
步骤四、将错位相减共焦曲线17的零点位置zA减去平移值s/2得(zA-s/2),计算机10依据(zA-s/2)值控制轴向物镜扫描器11使中孔测量物镜7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;
步骤五、利用由中孔测量物镜7、与中孔测量物镜7同轴放置的轴向物镜扫描器11、中孔分光器6、中孔分光器6反射方向的分光镜5、位于分光镜5反射光方向二向色分光器36,二向色分光器36透射方向的拉曼光谱收集透镜37和拉曼光谱收集透镜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对中孔测量物镜7聚焦到被测样品8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;
步骤六、改变脉冲激光器26的输出模式,调节出射光束衰减器34来增强中孔测量物镜7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;
步骤七、利用电离样品吸管18将聚焦光斑解吸电离被测样品8产生的等离子体羽9中的分子、原子和离子吸入质谱探测系统19中进行质谱成像,测得对应聚焦光斑区域的质谱信息;
步骤八、利用激光诱导击穿光谱探测系统31对经中孔分光器6透射、中孔反射镜29反射和激光诱导击穿光谱收集透镜30收集的激光诱导击穿光谱32对中孔测量物镜7聚焦到被测样品8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;
步骤九、计算机10将激光共焦探测系统测得的激光聚焦微区光斑位置样品高度信息、拉曼光谱探测系统38探测的激光聚焦微区的拉曼光谱39、激光诱导击穿光谱探测系统31探测的激光聚焦微区的激光诱导击穿光谱32、质谱探测系统19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;
步骤十、计算机10控制二维工作台20使中孔测量物镜7光轴对准被测样品8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;
步骤十一、重复步骤十直到被测样品8上的所有待测点均被测到,然后利用计算机10进行处理即可得到被测样品8形态信息和完整组分信息。
实施例2
如图4所示,在实施例1的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置中,计算机10可以依据共焦轴向强度曲线15最大值M对应的位置zB值来控制轴向物镜扫描器11使中孔测量物镜7的聚焦光斑聚焦到被测样品8上。
实施例3
如图5所示,在实施例1的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置中,环形光发生系统3用沿光轴方向放置的产生矢量光束的矢量光束发生系统21和光瞳滤波器22替代,发生环形光束23,该环形光束经中孔分色器6反射、中孔测量物镜7聚焦为超过衍射极限的微小光斑照射在被测样品8上。
其余成像测量方法与实施例1相同。
实施例4
如图5所示,在实施例1的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置中,计算机10可以控制二维扫描振镜系统33使中孔测量物镜7对准被测样品8的下一个待测区域。
其余成像测量方法与实施例1相同。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明,但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。
本发明的保护范围由随附的权利要求书限定,任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法,其特征在于:利用高空间分辨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:
步骤一、使平行光束(1)通过环形光发生系统(3)后整形为环形光束(4),该环形光束(4)再沿光输出方向透过分光镜(5)、经中孔分色器(6)反射进入位于光轴折反方向的中孔测量物镜(7)并聚焦到被测样品(8)上;
步骤二、计算机(10)控制由中孔测量物镜(7)、与中孔测量物镜(7)同轴放置的轴向物镜扫描器(11)、中孔分光器(6)、中孔分光器(6)反射方向的分光镜(5)、位于分光镜(5)反射光方向的二向色分光器(36),二向色分光器(36)反射方向的集光透镜(12)和集光透镜(12)焦点处的光强探测器(2)构成的激光共焦探测系统通过轴向物镜扫描器(11)对被测样品(8)进行轴向扫描测得共焦轴向强度曲线(15);
步骤三、将共焦轴向强度曲线(15)沿z向平移s后得到移位共焦轴向强度曲线(16),然后将移位共焦轴向强度曲线(16)与共焦轴向强度曲线(15)相减处理得到错位相减共焦曲线(17),利用错位相减共焦曲线(17)可以精确定位被测样品(8)该点轴向高度信息;
步骤四、将错位相减共焦曲线(17)的零点位置zA减去平移值s/2得(zA-s/2),计算机(10)依据(zA-s/2)值控制轴向物镜扫描器(11)使中孔测量物镜(7)的聚焦光斑聚焦到被测样品(8)上;
步骤五、利用由中孔测量物镜(7)、与中孔测量物镜(7)同轴放置的轴向物镜扫描器(11)、中孔分光器(6)、中孔分光器(6)反射方向的分光镜(5)、位于分光镜(5)反射光方向二向色分光器(36),二向性分光器(36)透射方向的拉曼光谱收集透镜(37)和拉曼光谱收集透镜(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对中孔测量物镜(7)聚焦到被测样品(8)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;
步骤六、改变平行光束(1)照明模式,激发被测样品(8)的微区解吸电离产生等离子体羽(9);
步骤七、利用电离样品吸管(18)将聚焦光斑解吸电离被测样品(8)产生的等离子体羽(9)中的分子、原子和离子吸入质谱探测系统(19)中进行质谱成像,测得对应聚焦光斑区域的质谱信息;
步骤八、利用激光诱导击穿光谱探测系统(31)对经中孔分光器(6)透射、中孔反射镜(29)反射和激光诱导击穿光谱收集透镜(30)收集的激光诱导击穿光谱(32)对中孔测量物镜(7)聚焦到被测样品(8)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;
步骤九、计算机(10)将激光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(38)探测的激光聚焦微区的拉曼光谱(39)、激光诱导击穿光谱探测系统(31)探测的激光聚焦微区的激光诱导击穿光谱(32)、质谱探测系统(19)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;
步骤十、计算机(10)控制二维工作台(20)使中孔测量物镜(7)对准被测样品(8)的下一个待测区域,然后按步骤二~九步骤九进行操作,得到下一个待测聚焦区域的高度、光谱和质谱信息;
步骤十一、重复步骤十直到被测样品(8)上的所有待测点均被测到,然后利用计算机(10)进行处理即可得到被测样品(8)形态信息和完整组分信息。
2.根据权利要求1所述的一种激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法,其特征在于:包括步骤一为使平行光束(1)通过沿光轴方向放置的矢量光束发生系统(21)、分光镜(5)和光瞳滤波器(22)后整形为环形光束(23),该环形光束(23)再经中孔分色器(6)反射进入中孔测量物镜(7)并聚焦到被测样品(8)上。
3.根据权利要求1所述的一种激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法,其特征在于:包括步骤四为计算机(10)依据共焦轴向强度曲线(15)最大值M对应的位置zB值来控制轴向物镜扫描器(11)使中孔测量物镜(7)的聚焦光斑聚焦到被测样品(8)上。
4.根据权利要求1所述的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像方法,其特征在于:包括步骤九为计算机(10)控制二维扫描振镜系统(33)使中孔测量物镜(7)对准被测样品(8)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光斑的高度、光谱和质谱信息。
5.一种激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置,其特征在于:包括激光点光源系统(24)、沿光轴方向放置的准直透镜(25)、产生环形光束的环形光发生系统(3)、分光镜(5)、中孔分光器(6)和沿折转光轴方向放置的聚焦光斑到被测样品(8)的中孔测量物镜(7),包括用于探测中孔测量物镜(7)聚焦光斑反射光强度信号的集光透镜(12)和位于集光透镜(12)焦点的光强点探测器(2),用于无损分离拉曼光谱的二向色分光器(36),用于探测中孔测量物镜(7)聚焦光斑激发的拉曼光谱(39)的拉曼光谱收集透镜(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)以及用于探测中孔测量物镜(7)聚焦光斑解析电离的等离子体羽(9)组分的电离样品吸管(18)和质谱探测系统(19),还包括探测激光诱导击穿光谱(32)的中孔分色器(6)、位于中孔分色器(6)透射光方向的中孔反射镜(29)、位于中孔反射镜(29)反射光方向的光谱收集透镜(30)和光谱收集透镜(30)焦点处的光谱探测系统(31)。
6.根据权利要求5所述的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置,其特征在于:环形光发生系统(3)包括用沿光轴方向放置的产生矢量光束的矢量光束发生系统(21)和光瞳滤波器(22)替代。
7.根据权利要求5所述的激光共焦LIBS、拉曼光谱与质谱成像装置,其特征在于:包括激光点光源系统(24)由脉冲激光器(26)、位于激光出射方向的聚焦透镜(27)和位于聚焦透镜(27)焦点的针孔(28)构成。
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