高空间分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱物质组分测量及形态成像方法研究

基本信息
批准号:61635003
项目类别:重点项目
资助金额:270.00
负责人:邱丽荣
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2016
结题年份:2021
起止时间:2017-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐伟,周桃庚,何川,王方彪,崔晗,盛忠,孙迎宾,翟雁冰,姜婷
关键词:
LIBS光谱组分探测拉曼光谱组分探测质谱组分探测差动共焦形态测量多谱联用探测
结项摘要

In order to achieve the micro-domain component detection and configuration imaging of matter with high resolution, high accuracy and high sensitivity, which can used in some fields as biomedicine, material science and physical chemistry, and son on, we propose a new combined laser differential confocal Raman spectroscopy -LIBS-mass spectrometry method for the matter component detection and configuration image. The method uses the focusing spot of differential confocal microscopy to excite the scattered spectrum and plasma, and then, detects the excited Raman spectrum, LIBS and mass spectrum and image the micro-domain configuration, and thereby achieving the high resolution, high accuracy and high sensitivity component detection and configuration imaging in the matter micro- domain. .The research works include the mechanism and method of multi-spectrum excitation and detection, combined laser differential confocal Raman spectroscopy -LIBS-mass spectrum method for the matter component detection and configuration image, the relation between the focusing spot and Ion number of desorption ionization, tightly focusing spot compression and high sensitivity detection of micro-domain ions, multi-spectrum microscopy imaging system establishment, experiments and applied research, and so on. The technique specifications are that the axial resolution is better than 2nm and lateral resolution is better than 0.2 micrometer for surface configuration measurement, Raman spectrum resolution is 1 wave number, LIBS resolution is 0.1nm, Mass resolution is 0.5Da and the focusing repeatability of the system is 5nm. The project can provide a new approach for high spatial resolution detection of component and configuration detection in matter micro-domain. It is significant and has wide application prospect.

针对生物医学、材料科学、物理化学等领域物质微区组分与形态高分辨、高准确和高灵敏探测的关键问题,提出研究高空间分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱(多谱)物质组分测量与形态显微成像新方法,其首先通过激光差动共焦显微系统聚焦光斑来激发样品微区散射光谱和等离子体,然后探测激发微区产生的拉曼光谱、LIBS、质谱和微区形态信息,进而实现样品微区完整组分与形态信息的高空间分辨、高准确和高灵敏成像与探测。研究包括:多谱激发和探测的机理与方法、激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱联用成像方法、聚焦光斑与解吸电离离子数间作用机理、紧聚焦光斑压缩与微区离子数高灵敏探测技术、多谱探测显微成像系统构建、实验与应用研究等。主要指标:表面形态测量横向分辨力0.2微米,轴向分辨力2nm;拉曼光谱分辨力1波数;LIBS分辨力0.1nm;质谱分辨力0.5Da;系统定焦能力5nm等。项目具有重要科学意义和应用前景。

项目摘要

拉曼光谱显微成像技术、LIBS光谱、质谱技术可以实现物质微区组分和形态参数的高分辨探测,可用于生物医学、材料科学等领域。针对上述领域中物质组分与形态的高准确探测,本项目提出了高分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱物质组分测量及形态成像方法,取得的具体研究成果包括:.1)提出了高分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱物质组分测量及形态成像方法,该方法将激光拉曼光谱探测、LIBS探测、激光质谱探测和差动共焦扫描成像有机融合,实现了复杂样品微区组分与形态的高分辨探测。.2)开展了高分辨形态参数及多光谱探测技术研究,提出了双边拟合共焦LIBS显微成像方法、基于主成分分析和聚类分析的LIBS谱线快速识别方法,提高了形貌和拉曼光谱成像分辨力,改善了LIBS光谱的识别准确性。.3)提出了一种利用激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱系统的差动共焦特性曲线过零点对样品进行纳米级轴向定焦与定位的多谱激发与探测新方法,实现了复杂样品微区组分与形态参数的高分辨同位置点探测。.3)开展了次序激发拉曼光谱、LIBS和质谱的激光器控制方法与多谱次序探测技术。研究了微区形态参数与差动共焦拉曼光谱的同步分离探测技术和微区LIBS与质谱的同步分离探测技术、基于样品反射光和瑞利光谱的激光差动共焦显微形态测量与样品定焦技术。.4)构建了高分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱物质组分测量及形态成像系统,开展了相关实验性能分析和应用研究,实现了生物医学、材料等领域微区组分与形态参数的高分辨成像。构建的系统:表面形态参数横向分辨率优于0.2 μm、轴向分辨率优于2 nm,拉曼光谱空间分辨率0.5 μm、光谱分辨率1 cm-1,LIBS光谱空间分辨率5 μm、光谱分辨率0.1 nm,轴向样品定焦能力优于5 nm,质谱测量空间分辨率20 μm。.围绕研究内容发表论文39篇,其中SCI论文33篇,在Optics Express、JAAS、Photon. Res、ACS Central Science 期刊发表6篇,申请或授权发明专利20项。培养博士研究生6名,硕士研究生3名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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