飞行时间质谱——光离子成像技术的设计

简述了飞行时间质谱——光离子成像技术的原理和设计。详细介绍了国内相关设备的技术特点和系统结构。

离子成像实验图像处理引入的近似及修正

针对传统离子成像实验中使用的图像分析算法中引入的近似 ,结合标准的离子成像装置模型提出了一种修正方法 ,计算结果表明 ,这种方法可以很大程度上改善所得到的三维剖面分布的精确度 .利用这一方法重新计算了碘原子在 2 78.5 0nm处 (2 +1)REMPI产生的光电子的平动能分布 ,指出其中存在着两个不同的离子态(3 P0 ,3 P1)跃迁 ,同时得到了达 3.9%的相对能量分辨率 .

空间站问天舱等离子体原位成像探测技术

等离子体原位成像探测器是中国空间站的第一批舱外空间环境科学载荷,安装在问天舱的舱外暴露平台,将首次在空间站平台上开展电离层等离子体原位、成像、充电电位等多要素综合探测任务.其中,原位探测要素包括空间站轨道等离子体的密度、温度以及问天舱表面电位强度等.成像探测要素包括离子能量、运动方向和成像时间分辨率等.等离子体原位成像探测器采用多传感器的一体化设计,集成了朗缪尔探针、阻滞势分析仪、参考电位计和离子成像仪等技术.其中,离子成像技术是首次应用于我国的空间环境探测领域.等离子体原位成像探测技术在中国科学院国家空间科学中心定标实验室完成了测试验证,探测器已随问天舱成功发射,即将开展中低纬电离层的精细化探测,为完善空间站轨道电离层模型提供等离子体探测数据.通过探测累积长周期的充电电位数据,为研究等离子体对空间站的充电效应,促进空间站充电评估体系的建立提供支持.

基于彩色相机RGGB通道的LIBS等离子体图像采集与分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种基于瞬态等离子体的发射光谱,而实现等离子体成像则对LIBS技术研究至关重要。本工作采用低成本的工业彩色相机实现了LIBS等离子体动态观测,本文以相机RGB通道分离出不同波段下的等离子体成像结果,进而实现对应波段下元素演化情况的动态观测。以铜锌合金靶材进行了方法验证,结果显示所提出的成像方式能够较好地完成不同元素(Zn、Cu、O)扩张情况的表征,且结合带通滤色片可实现更窄波段下的等离子体成像,证明了彩色相机RGB通道用于等离子体成像分析的可行性,为LIBS基础研究提供了一种实用的技术手段。

离子速度成像方法研究CF_3I分子光解反应动力学

建立一套离子速度成像系统，这套系统通过采用最新的“速度映像”技术克服了离子源空间分布对速度分辨率造成的模糊。利用这套系统得到了CF3I在277nm附近光解反应产物I*（2P1／2）和I（2P(3／2)）的速度和角度的高分辨率分布，首次利用重构的I（2P(3／2)）碎片的三维空间速率分布揭示了其两个不同的解离通道。

基于钙离子成像的多波长激光诱发体外小鼠螺旋神经节细胞信号转导的实验研究

目的探究在安全、可接受的不同波长激光信号作用下小鼠螺旋神经节细胞信号转导功能的反应。方法离体培养小鼠螺旋神经节细胞,给予特异性荧光指示剂染色标记、光学显微镜下形态观察、钙离子Fura-2荧光激发、在成像视野中选取形态结构完整的测试细胞以及固定光纤等处理,采用可见光(波长450 nm)和近红外光(波长808 nm、1065 nm)三种波长的激光信号对螺旋神经节细胞分别辐照,用钙离子成像仪对细胞内钙离子浓度进行监测。结果小鼠螺旋神经节细胞在波长450 nm激光辐照下细胞内钙离子浓度明显上升,而在其他两种波段的激光照射下,螺旋神经节细胞未呈现钙离子浓度的明显变化。螺旋神经节细胞这种反应的强弱与光纤所处位置有关,越靠近光纤口的细胞产生的钙离子浓度变化越明显,而远离光纤口的细胞,尽管发生钙离子浓度变化的次数基本一致,但每一次变化的幅度较弱。结论小鼠螺旋神经节细胞在光信号作用下具有诱发信号转导反应的可能,而且该反应具有激光波长选择性。

用离子速度成像法研究CF_3l在304nm附近光解动力学

利用离子成像－速度映象技术，研究了 ＣＦ３Ｉ在３０４ｎｍ附近的光解动力学，分析得到了光解产物Ｉ（２Ｐ１／２）和Ｉ（２Ｐ３／２）的速度和角度的高分辨率分布，并利用重构的碎片在三维空间的速度分布，揭示了 ＣＦ３Ｉ在所研究的波长区域内解离机制，证实了在３０４ｎｍ附近Ａ吸收带的３Ｑ０和１Ｑ１势能面之间存在着非绝热交叉．

离子速度成像方法研究C_8H_(17)Br分子的光解动力学

用离子速度成像方法,研究了长链C8H17Br分子在234nm激光下的光解过程.通过2+1共振增强多光子电离探测了两种光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2),得到了它们的相对量子产率.从光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2)的速度图像得到了能量和角度分布.并根据相对量子产率和角度分布,计算了不同解离通道的比例.实验发现C8H17Br分子解离过程中大部分能量都转化为内能,该能量分配可以较好地用软反冲模型来解释,并分析了这种能量分配跟烷基大小的关系.

表面等离子体共振成像生物芯片检测系统

根据表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)原理,提出基于表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging,SPRI)的生物芯片检测系统构建方法.介绍了SPRI生物芯片检测系统的原理、自行组建的SPRI生物芯片检测系统的结构.采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励SPR,偏振的平行光经棱镜投射到生物芯片上,发生表面等离子体共振,由CCD摄像机采集反射光芯片图像.以巯基修饰淋病奈瑟氏菌探针为例验证该系统,利用自组装单分子层技术(Self-Assembled Monolayer,SAM)固定探针.应用该检测系统采集了探针共振、非探针处共振、探针和非探针处都不共振时的生物芯片图像.

宋代黑釉茶盏油滴的飞行时间二次离子质谱表征

本研究利用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)表征典型黑釉茶盏釉面上银色反光斑纹,即华北油滴。高分辨质谱测定油滴的主要成分是氧化铁,由显微拉曼光谱确定其矿物形式是赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))。二次离子质谱(SIMS)离子成像进一步揭示:该赤铁矿呈六方柱晶体(约2~10μm);近百余枚这样的晶体自组织分散排列构成类似雨滴状的斑纹(约120μm);与其形貌互补的是含硅、铝、钙、钠等元素的碱性石灰质釉质。SIMS深度剖析发现,α-Fe_(2)O_(3)晶体的连续深度不小于5μm。基于SIMS表征结果,还探讨了赤铁矿沉积薄膜状镜铁矿(α-Fe_(2)O_(3))引起华北油滴呈银色与镜面反射现象的原理,以及TOF-SIMS在表征和研究古瓷方面的潜力和局限。

固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置

设计了一种折反式棱镜耦合单元,用于简化表面等离子共振系统的角度调节操作,并基于此单元构建了固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置.该装置通过旋转折反式棱镜耦合单元即可实现角度调节,调节范围可达40°～80°,结合1～2倍的变焦成像系统,可对1～4 cm2传感芯片成像,且可分辨至少3600 Point/cm2.以蔗糖溶液为研究对象,考察了该装置的灵敏度,结果表明其灵敏度可达7×10-6 RIU(Re-fractive index unit),共振角与折射率的线性相关系数为0.99953.将该装置用于研究抗牛血清白蛋白抗体与其它蛋白的实时相互作用,所得结果与理论相符.该表面等离子共振成像装置将在实时并行分析方面具有广阔的应用前景.

离子速度成像方法研究二溴甲烷的紫外光解动力学

利用二维离子速度成像(Ion-Velocity Imaging)方法对二溴甲烷分子在234和267nm附近的光解动力学行为进行了研究.实验中得到了二溴甲烷光解产生的Br*(2P1/2)和Br(2P3/2)在不同波长下的角度和平动能分布.在平动能分布中发现两个高斯分布,推测其中主要是C—Br的快速解离,而高能宽分布则来自于CH2Br自由基的二次解离过程.通过角度分布得到了Br*与Br中来自直接解离和非绝热交叉跃迁两种来源的比例.结果表明Br*原子主要来自于B1态的直接解离,而Br则绝大部分是从B1态向A1的非绝热交叉跃迁得到,并导致了两种解离通道能量分布的差别.

表面等离子体共振成像法用于糖蛋白分析

建立了一套表面等离子体共振成像方法,用于筛选糖蛋白和非糖蛋白,并可以区分不同糖蛋白与伴刀豆凝集素的识别强度.波长调制的表面等离子体共振与成像法所得结果一致.伴刀豆凝集素的洗脱成像实验为识别强度提供了补充验证方案.

应用于高速离子电导扫描成像的双压电定位平台

为了解决离子电导显微成像系统中传统跳跃工作模式高速扫描时存在的运动过冲以及成像速度慢的问题,提出了一种基于双压电纳米定位平台的高速扫描方法。根据扫描系统需求提出了采用大行程-慢速和小行程-快速压电纳米定位平台串联的设计方案,满足探针Z向测量量程要求并可快速回提探针。以菱形位移放大机构和导向机构为构型,设计并确定双压电驱动扫描平台的关键几何参数。基于解析模型计算了定位平台的静力学性能参数并采用有限元分析方法分析了双压电平台的静/动态特性。最后,加工了双压电平台样机并进行了离子电流过冲和形貌扫描成像的测试。实验结果表明所设计的双压电驱动探针定位平台在保证成像稳定的前提下可使下探速度至少达到500 nm/ms,有效地减小了电流过冲,提高了系统成像效率。

基于狭缝扫描的表面等离子体共振成像

利用表面等离子体共振技术进行电介质样品成像研究.采用高数值孔径显微物镜作为耦合元件,632.8nm He-Ne激光会聚激发金膜产生表面等离子体共振,通过狭缝光阑限制光束入射角,对金膜上的氮化硅光栅进行成像.反射光由放置在样品像方共轭面上的CCD摄像机接收,获得样品的表面等离子体共振像.通过扫描移动狭缝,得到入射角从44°至54°的扫描样品图像,从图像中提取样品各点的表面等离子体共振曲线,由计算机重构出样品的表面等离子体共振角谱灰度图.

离子速度成像方法研究碘代正戊烷的紫外光解动力学

利用离子速度成像方法对n-C5H11I分子在266和277nm下的光解动力学进行了研究.实验分析了I*(5p2P1/2)和I(5p2P3/2)的离子影像,得到其相应速度、角度分布和相对量子产率,并根据相对量子产率和角度分布计算了不同解离通道的比例.实验发现n-C5H11I的3Q0和1Q1态之间存在较强的耦合效应,并且随着波长的减小,这种非绝热耦合作用有递增的趋势.由离子影像(I*和I)的角度分布结果发现,在同一解离激光波长下I*的各向异性参数β值比I的β值小,其中I*主要由3Q0直接解离产生,而I绝大多数是由分子先跃迁到3Q0再经过3Q0→1Q1的非绝热耦合产生.

离子速度成像方法研究溴代环己烷的紫外光解动力学

利用二维离子速度成像方法对C6H11Br分子在234nm附近的光解动力学行为进行了研究.通过(2+1)共振增强多光子电离探测了光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2),得到它们的相对量子产率.从光解产物Br*(2P1/2)和Br(2P3/2)的速度图像得到了能量和角度分布.结果表明,Br*原子主要来自于S1态的直接解离,而Br则绝大部分是从S2态向T3态的系间交叉跃迁得到,并导致了两种解离通道能量分布的差别.实验发现C6H11Br分子解离过程中大部分能量都转化为内能,但与其它长链溴代烷烃分子相比,可资用能更多地被分配到平动能中,结合软反冲模型分析了这种能量分配跟环烷基的构象和稳定性的关系.

离子速度成像在阈值光电子-光离子符合测量中的应用和改进

在阈值光电子-光离子符合质谱中,通过增加离子检测端的电极板,并调整相对电压形成渐增的加速电场,获得了很好的离子速度聚焦效果.通过这种电场,使得具有较大平动能的离子团沿飞行方向逐渐膨胀的同时,在垂直于飞行方向受到电场的束缚,最终在探测器的表面实现速度聚焦,形成缩小的图像(即速度成像的放大倍率N<1),从而确保谱仪能够同时获得较高的平动能分辨率和质量分辨率.应用这种缩小的速度聚焦电场,我们研究了振动态选择的O_2^+(B^2Σ_g^-)离子解离动力学,获得了碎片离子O^+在阈值光电子-光离子符合条件下的三维时间切片图像,并通过比较两个解离通道所产生的O^+不同的平动能分布,证实了这种离子透镜电场在较宽的离子平动能范围内能够始终保持良好的速度聚焦效果.

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器,该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测,还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器,实验获得了不同共振波长对应的共振图像,然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相,建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系,用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650nm,测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU,是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性,再通过计算图像局部区间的平均色相,可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。