激光构造深度仪

北京市2012年度激光共聚焦扫描显微学最新进展学术研讨会顺利举行 　　仪器信息网讯 2012年3月27日，为推动北京市及周边省市激光共焦扫描显微学的进步和发展，提高广大相关工作者的学术及技术水平，促进激光共焦扫描显微学在生命科学等领域中的应用和发展，北京理化分析测试技术学会和北京市电镜学会在北科大厦成功举办了“北京市2012年度激光共聚焦扫描显微学最新进展学术研讨会”。来自高校、科研院所、企业的100余名专家学者参加了本次会议。 会议现场 军事医学科学研究院张德添教授 北京大学医学部生物医学分析中心何其华高工 　　会议由军事医学科学研究院张德添教授，北京大学医学部生物医学分析中心何其华高工主持。 Cdc42在小鼠卵母细胞减数分裂成熟中的作用 中国科学院动物研究所孙青原研究员 　　孙青原研究员现任中国科学院动物研究所计划生育生殖生物学国家重点实验室主任，他在报告中介绍了利用Zeiss LSM710激光共聚焦显微镜、珀金埃尔默Ultra VIEW VOX活细胞实时成像系统等仪器研究Cdc42在小鼠卵母细胞减数分裂成熟中的作用，Cdc42作为一种细胞骨架和细胞极化的重要调节物，在减数分裂和卵母细胞成熟过程中有重要的作用。 毫米级多光子显微镜荧光成像 奥林巴斯(中国)有限公司位鹏先生 　　采集更明亮和更清晰地标本深层图像，对于更好的开展生命科学研究工作来说十分重要。位鹏先生介绍了奥林巴斯在这方面所能提供的解决方案：利用日本理学院Miyawaki博士研发的组织、器官透明液处理小鼠大脑样本，结合奥林巴斯的XLPLN25×SVMP镜头可以观察到深度达4mm处的深层图像。目前奥林巴斯还推出了一款新型的镜头，观察深度可达8mm，不过还未正式推向市场，可接受定制。 超高分辨率显微镜技术 中国显微图像网秦静女士 　　在生命科学研究中科学家总希望看到更加细微的结构，从细胞到细胞器、再到蛋白质等生物大分子，这些结构的尺度都在纳米量级远远超出了常规的光学显微镜的分辨极限，电子显微镜虽然能提供纳米级的分辨率，但不适合观察活细胞，为了解决这一难题，超高分辨显微镜技术应时而生。在报告中秦静女士详细介绍了四种基于不同原理的超高分辨显微镜：4Pi显微镜、STED(受激发射损耗显微镜)、PALM(光激活定位显微镜)、STORM(随机光学重建显微束)，并分析了各类显微镜的性能及优缺点。 多光子技术的新进展 徕卡仪器有限公司王怡净博士 　　王怡净博士从单分子探测(SMD)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、光参量振荡器(OPO)等三个方面介绍了多光子技术的最新进展。王怡净博士介绍说如果想观察分子的运动或分子的识别，采用普通的共聚焦技术就比较困难，所以单分子探测技术就应用而生。相干反斯托克斯拉曼散射技术是一种基于分子固有的振动特性的观察方法，样品无需进行荧光标记，避免了荧光漂白等问题，该技术是由华裔科学家谢晓亮发明，徕卡公司购买了该技术并将其产品化。光参量振荡器是一种新型红外激光器，它的激发波长可以达到1300nm，由于激发波长变长，因而散射更小，观测深度更深、对样品损伤更小。 现代荧光显微镜学在生命科学中的应用 蔡司光学仪器(上海)国际贸易有限公司张宁博士 　　张宁博士介绍了在生命科学研究中，不同的样品分析对于仪器的灵活性、观察深度、扫描速度，以及分辨率等都有不同的需求，蔡司根据不同的需求能够提供相应的仪器：如果对深度要求比较高，可以选择多光子显微镜 如果要进行瞬态分析，可以选择转盘式共聚焦显微镜、纯内反射荧光显微镜等 如果对分辨率要求非常高，可以选择光活化定位系统、结构光学照明系统等。此外，张宁博士还介绍了蔡司最新的780点扫描激光共聚焦系统，以及在2011年7月蔡司将光学显微镜部门和电镜部门进行了整合。 激光共聚焦扫描技术在神经发育中的作用研究 北京大学医学部王韵博士 　　神经系统是机体最重要、最复杂的系统。王韵博士在报告中介绍了激光共聚焦扫描显微技术在神经细胞增殖和分化中的应用；胚胎电转结合Confocal技术观察神经细胞的迁移；利用Confocal技术研究神经元极性、观察轴突导向；利用双光子Confocal技术观察培养的海马脑片中单个树突棘长时程结构可塑性改变时分子激活的时空变化、观察活体动物皮层神经元树突棘随外界刺激而出现的数目消长等。 Volocity——3D活细胞时代的成像分析软件 珀金埃尔默仪器(上海)有限公司公司焦磊博士 　　焦磊博士介绍了珀金埃尔默推出的Volocity细胞三维结构分析软件，该软件包括多个功能模块，用户可以在同一软件环境下完成图像获取、分析和数据发表的全过程。Volocity软件的Acquisition模块可以实现多通道、多位点3D图像的精确定位和自动实时采集 Visualization模块可为用户提供多种图像展现方式，用户可以在高分辨率、完全交互的3D模式下实时解决样品构造 Quantitation模块提供了丰富的工具可以在3D模式下对物体进行测量、分析和跟踪描绘 Restoration模块设计用于三维或四维图像的反卷积计算，以提高图像的分辨率。 超高分辨率显微镜的引进与发展态势分析 中科院生物物理所纪伟博士 　　纪伟博士介绍了目前不同的提高分辨率的成像方法的原理及其分辨能力，以及各种方法对样品制备的要求和在实际应用当中的优劣势。采用光敏定位技术的超分辨率显微镜采用大功率激光器和快速采样EMCCD，可以很好的观察活细胞 利用片层光扫描结合光敏定位成像技术可以观察厚样品 具有更高的分辨率，可以研究百nm尺度的细胞器细节结构。最后纪伟博士总结说，更高的分辨率、更快的分析速度以便观察活细胞、以及与其他技术的融合：如TIRF-STED、PALM-EM、STED-AFM、FCS-STED、STORM-AFM等。 　　会议中，与会人员同专家及企业人员进行了充分的互动和交流，通过会议大家对于激光共聚焦扫描显微技术的最新进展有了更多的认识和了解。

p style=" text-indent: 2em " 编者按：粉体的粒度及粒度分布是衡量产品质量的关键性指标，而目前最火的粒度检测方法之一就是激光粒度仪了。这种粒度检测方法不受温度变化、介质黏度、试样密度及表面状态等诸多因素的影响，具有测试速度快、测量范围广、便捷易操作等特点。放眼市场，激光粒度仪的品牌和型号也可谓五花八门，琳琅满目。但值得称道的激光粒度仪虽然不胜枚举，却仍然会收到诸多因素的影响，造成检测结果的不稳定。太原理工大学矿业工程学院的专家张国强就深度剖析了7大影响激光粒度仪检测结果的因素。 /p p style=" text-indent: 2em " 专家观点： /p p style=" text-indent: 2em " 目前市面上的激光粒度分析仪其基本原理均为米氏散射理论及其近似理论。包括测量纳米级颗粒所使用的动态光散射原理也是借助米氏散射理论而补充完善起来的 。米氏散射理论把待测颗粒等效成各向同性的球形粒子，在入射光照射下根据麦克斯韦电磁方程组，可以求出散射光强角分布的严格数学解。 利用米氏散射理论的基本公式进一步求出此时散射光强分布对应的颗粒粒径。米氏散射理论通过测量待测样品的散射光强分布巧妙地解决了超细颗粒的粒度测量问题，但由于基于米氏理论的激光粒度测量技术本身的复杂性，提前预先设定的边界条件并不能全面地反映实际样品的具体情况。 同时商品化的激光粒度分析仪由于受生产厂家技术实力水平的限制，导致各厂家仪器的内部构造与算法程序等方面均存在差异。 /p p style=" text-indent: 2em " 为探究粉体粒度测试评价用标准样品的特性，为激光粒度分析仪生产厂家提供优化仪器性能的理论依据，为粒度检测用户提供评价激光粒度测试结果可靠性与准确性的依据。下面我将对激光粒度仪测试结果的重要影响因素进行分析： /p p style=" text-indent: 2em " （1）复折射率 /p p style=" text-indent: 2em " 激光散射法粒度测量的对象一般是微米级的粒子，这些粒子的光学常数并不能简单看成 /p p style=" text-indent: 2em " 粒子材料的光学性质，而是指颗粒的复折射率n’，其定义为：n‘=n+ik。其中 n 为通常所说的折射率，虚部k表示光在介质中传播时光强衰减的快慢，即吸收系数，有时也被称作吸收率。 /p p style=" text-indent: 2em " 复折射率的选择合适与否直接影响到粒度检测结果的准确性与可靠性，但是影响待测颗粒复折射率的因素较多，难以确定其准确值，所以到目前为止在激光粒度测量领域中仍旧没有确定复折射率的统一方法 。在实际的粒度检测过程中，一般只是对同种物质使用一个固定的复折射率，这样的测量结果必然会与样品的真实值有较大偏差。 但是如果针对不同粒 /p p style=" text-indent: 2em " 度区间的颗粒都去寻找其复折射率，却又不现实的。 /p p style=" text-indent: 2em " （2）折射率 /p p style=" text-indent: 2em " Mie 散射理论是麦克斯韦电磁方程组的严格解，激光法检测的前提假设是粉体粒子是球形且各向同性的，大多数晶体在不同的方向上有不同的折射率。由于不同厂家的设备中光能探测器的数量、空间分布位置、灵敏度的不同也会导致检测结果的差异。 /p p style=" text-indent: 2em " （3）内置算法 /p p style=" text-indent: 2em " 由于光强分布的差异，不同粒度仪生产厂家所采用的软件内置算法不同，造成系数矩阵的计算结果差异，由此给反演带来不同程度的误差。 /p p style=" text-indent: 2em " （4）内外复折射率 /p p style=" text-indent: 2em " 球形石英粉等颗粒，在高温环境下烧灼成型。由于既要成球，又要熔透转变为非晶型或不定形，其技术难度很高。 所以在生产过程中会有部分无定形态的熔融石英包裹在结晶石英上，以及熔融石英内部含有空心气泡。这种颗粒被称为双层颗粒，颗粒内外复折射率不同，导致激光法测量时可能带来较大误差，据相关文献，最大误差可能超过 50%。 /p p style=" text-indent: 2em " （5）反常异动现象 /p p style=" text-indent: 2em " 有研究者发发现在有些折射率下对于部分粒径区间，随着粒径的变小，散射光强分布主峰会向探测器内侧移动，而正常情况下应向探测器外侧移动，从而影响粒度检测的结果。 这种现象被称为散射光能分布的反常移动现象。 /p p style=" text-indent: 2em " （6）分散状态 /p p style=" text-indent: 2em " 使用激光粒度仪检测过程中，需注意保证待测颗粒处于良好的分散状态。 当前市面上的主流激光粒度仪， 基本上都带有离心循环分散和超声分散两种分散模式，所以对于这种类型仪器的用户，不建议测试前的机外分散， 因为在用烧杯将分散后的溶液导入循环槽的过程中极易在杯底残留部分大颗粒，导致测试结果产生误差。 在仪器中分散样品时，应注意根据物料性质调整超声和离心循环分散的功率，太大容易导致气泡的产生，太小则容易导致分散效果变差和大颗粒沉底。 /p p style=" text-indent: 2em " （7）仪器的保养程度 /p p style=" text-indent: 2em " 激光粒度仪的保养程度，对检测结果有较大影响。激光粒度仪需要定期标定维护。在实际的使用过程中发现，部分样品极易在测试过程中附着在仪器的管路内部，从而混入之后的测试样品中带来测试误差。而仪器自带的清洗功能很难解决这类问题，需要在激光粒度测量中引起足够重视。 /p p style=" text-indent: 2em " 鉴于激光粒度测量过程中的影响因素过多，各种样品不同粒级区间的复折射率难以确定，所以目前来看并没有可靠地依据来证明激光粒度测试的准确性，这也是激光粒度检测急需解决的问题。在对粉体粒度要求较高的领域，可以采用多种粒度检测手段，综合比较检测结果，来得到较为可靠的粉体粒度值。此外研制并推广国家及行业内认可的激光粒度分析标准样品，也是一个解决激光粒度检测差异性的实用方法。 /p

CPB仪器与测量栏目最新发文：基于177.3nm激光的真空紫外光调制反射光谱仪，此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。光调制反射光谱是通过斩波器周期性地改变泵浦光源对样品的照射来测量半导体材料反射率相对变化的一种光谱分析技术。由于所测差分反射率作为能量的函数在材料电子能带结构的联合态密度奇点附近表现出明显的特征，光调制反射光谱已成为研究具有显著电子能带结构的半导体、金属、半金属及其微纳结构和异质结等材料联合态密度临界点的重要实验技术之一。光调制反射光谱中所使用的泵浦激光的光子能量一般要高于被研究材料的带隙，随着第三代宽禁带与超宽禁带半导体材料相关研究和应用的不断深入，需要更高能量的紫外激光作为光调制反射光谱的泵浦光源。目前国际上已报道的光调制反射光谱系统中，配备的泵浦光最大光子能量约5 eV，尚未到达真空紫外波段。因此，迫切需要发展新一代配备高光子能量和高光通量的泵浦光源的光调制反射光谱仪，使其具备探测超宽带隙材料的带隙和一般材料的超高能量临界点的能力。中科院理化所研制的深紫外固态激光源使我国成为世界上唯一一个能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家，已成功与多种尖端科研设备相结合并取得重要成果。此文详细介绍了由中科院半导体所谭平恒研究员课题组利用该深紫外固态激光源搭建的国际上首台真空紫外光调制反射光谱仪（图1）的系统设计和构造，将光谱仪器技术、真空技术、低温技术与中科院理化所研制的177.3 nm深紫外激光源相结合，同时采用双单色仪扫描技术和双调制探测技术，有效避免了光调制反射光谱采集中的荧光信号的干扰，提高了采集灵敏度。该系统将光调制反射技术的能量探测范围从常规的近红外至可见光波段扩展至深紫外波段，光谱分辨率优于0.06 nm，控温范围8 K~300 K，真空度低至10-6 hPa, 光调制反射信号强度可达10-4。通过对典型半导体材料GaAs和GaN在近红外波段至深紫外波段的光调制反射信号的测量对其探测能力进行了性能验证（图2）。此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。该系统基于中科院半导体所承担的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制（二期）”子项目“深紫外激光调制反射光谱仪”，目前已经初步应用于多种半导体材料在深紫外能量范围内的能带结构和物性研究，并入选《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，将有望在推动超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究、优化超宽禁带光电子器件的性能方面发挥重要作用。图1. 深紫外激光调制反射光谱仪图2. 177.3 nm（7.0 eV）激光泵浦下的GaAs在1.2 eV至6 eV内的双调制反射光谱及对应能级跃迁