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微秒级时间分辨超灵敏红外仪

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微秒级时间分辨超灵敏红外仪相关的论坛

  • 关于四极杆质谱扫描速度、扫描时间、采样频率、分辨率、灵敏度的个人看法

    扫描速度增大→采样频率变小→一次全扫描时间变短(50-550)→相应的每个质量数的扫描时间变短→灵敏度降低→分辨率也降低这里解释一下为什么分辨率会降低:扫描速度增大后,相邻质量数的离子被扫描的时间肯定间隔很短如90和90.1,可能几乎在同时到达检测器,这样相邻质量的离子分辨率肯定降低。那么问题来了,既然分辨率降低了,那灵敏度应该要增大吧,正常情况下应该是这样的,但是在快扫描条件下,每个离子采集的次数太少,也就是说有100个质量数为90的离子碎片,可能只采集一次时只有50个能进入四极杆,所以由于采集次数导致灵敏度降低这个时候占主导作用。还有一个问题:如果像上面所说的话,那可以把扫描速度将的很低,这样每个离子的采集次数肯定可以很大,那分辨上去了,灵敏度也增大了,这样不是更好? 这里要说的是每个质量碎片采集一定次数后,基本已经都进入四极杆,没必要多花时间,所以仪器一般设置n=2或3,A的就是3正常扫描速度。上面的都是个人的一些理解,欢迎大家讨论!

  • 气质分辨率和灵敏度的问题

    两种观点,大家看看一起讨论讨论:①在调谐报告中,我们知道色谱峰是以半峰宽为指标来判断分辨率的,那么色谱峰越窄意味着扫描的质量越准确,其他的一些相差不大的离子碎片被除去,导致相邻的峰能够分开,也就是分辨率变好,同时由于灵敏度是相应信号的强度与离子数量成正比,离子数目变少,从而响应值变小,灵敏度自然下降②同时我们也知道在总离子流图(TIC)中,峰宽是以时间为指标,那么如果分别率变好,意味着色谱峰的峰宽边窄也就是时间变短,那么对于(随便一个例子)一个扫描速度为5000u/s的质量分析器而言,扫描范围在50-550之间,每秒可以扫描10次,那么对于一个原来峰宽为2s,现在变为1s那么扫描次数由原来的20次变为现在的是10次,自然有些离子漏掉,响应值变小,灵敏度从而降低。想问大家,对于这两种解释,是否有错误之处,同时这两种解释能否结合起来理解,欢迎大家发表意见!!!

  • 【讨论】DSC的灵敏度和分辨率取决于哪些因素?

    原来了解样品量大时,灵敏度升高,分辨率降低。今天看到一个材料上讲到:升温速率升高,灵敏度升高,但降低了分辨率。升温速率升高,分辨率降低我能理解,但是为什么灵敏度升高?另外,调制式DSC是不是可以解决升温速率升高时,灵敏度升高但分辨率降低的矛盾?下面是今天看到的一个DSC型介绍的材料,中间彩色的几个项目都有什么区别?希望了解的XDJM给解释一下,谢谢^_^DZ3335 差示扫描量热仪 主要技术参数:DSC DZ3335 DSC量程 100mW 温度范围 室温~800℃任意设定升温速率 1~30℃/min 降温速率 1 ~ 20℃/min [color=#DC143C]温度分辨率 0.1℃[/color]温度波动 ±0.3℃温度重复性 ±0.5℃DTA量程 ±2000uVDTA噪声 0.01℃[color=#DC143C]DTA解析度 0.005℃[/color]DTA精确度 0.1uV[color=#00FFFF]DTA灵敏度 0.2uV[/color]恒温时间 0 ~ 300 min 任意设定控温方式 升温,恒温(程序自动控制)、降温气体流速 10 ~ 300 mL/min ±10% 可任意调节气氛控制 静态或动态气氛 配气体流量控制装置显示方式 汉字大屏液晶显示输出方式 微机系统,打印机曲线描绘 使用配套软件可自动记录DSC曲线、自动打印实验报表配备 RS232接口,专用软件、气体

  • 请教一个 关于灵敏度和分辨率 是一对矛盾的问题

    看资料说 对于有些质量分析器,提高分辨率就要牺牲灵敏度(tof),但是看thermo的仪器介绍说离子阱还是轨道阱 可以不牺牲灵敏度的提高分辨率,这个是什么原因?请教行家 指点一二另外 二者是矛盾的原因是什么?和扫描速度(离子驻停时间长短)有关系吗?还是其他原因?最近看资料 有点不太明白

  • 关于EI源四极杆的分辨率和灵敏度的问题(一篇博士论文)

    看到一篇博士论文对于四极杆的分辨率和灵敏度的分析有些疑问,大家一起来看看。“离子的半峰分辨率R1/2=N平方/h,这个N指的是离子在四极杆中的经过RF周期数,h是常数,一般为20,当离子轴向的动能较低时,需要通过四极场的RF周期增多,从而分辨率增大。相对而言,轴向动能高的离子,质谱峰分辨率下降,并且会出现色谱峰拖尾的现象,尤其是在低质量端。”“可以看出如果提高主射频RF的频率,就可以提高四极滤质器的分辨率。但提高RF的分辨率,对于特定质荷比的离子,需要的RF幅度也相应提高,虽然提高RF的频率可以提高分辨率,灵敏度(离子捕获效率提高),但是离子扫描范围降低。”想问一下大家,分辨率和灵敏度正常是此消彼长的关系,上面的内容是来自于一篇博士论文里面对分辨率的分析,请问分辨率提高了,灵敏度也会提高吗?

  • 那些关于全灵敏度分辨率的事儿

    那些关于全灵敏度分辨率的事儿

    (转帖)什么是全灵敏度分辨率?Bruker利用多个专利技术,通过优化离子传输和检测效率,在获得能媲美三重四极杆质谱的灵敏度的同时,使Buker Q-TOF类仪器拥有业内最高的分辨率,为质谱领域提供了可同时实现高灵敏度和高分辨率的规范,使科研人员不再需要在灵敏度和分辨率之间做出选择,科研工作也变的更加简单。采用专利的in-flight离子光学系统,即使是在TOF过程中也可对离子进行聚焦,在长飞行路径上可全面解决因多次反射或者离子束切片(ion beam slicers)造成的灵敏度显著下降的问题。全灵敏度分辨率技术优点有哪些?1) 灵敏的离子传输系统确保从小分子碎片(m/z 39.0229)到大分子单克隆抗体(MW=148kDa)均可轻松被检测http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511181022_574047_1947624_3.jpg2) 更宽的动态范围适合宽浓度范围样品的检测http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511181022_574048_1947624_3.jpg在很高浓度的咖啡因(m/z 195.087608, 107 counts)存在下, 也能在同一扫描谱图准确测出微量尿素(m/z 61.039693, 仅52 counts)3) 未知物快速分析和筛查http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511181022_574049_1947624_3.jpg4) 全灵敏度分辨率有助于同位素峰的准确检测,与SmartFormulaTM 软件相结合,能导出更可信的分子式,带来高置信度的检测结果http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511181023_574050_1947624_3.jpg全灵敏度分辨率能使Q-TOF在哪些应用上如虎添翼?蛋白组学和代谢组学中生物标志物的发现和验证药物代谢物、添加剂和杂质的鉴定和定量合成化学品的鉴定完整蛋白分析和生物药品的表征法医和兴奋剂检测食品和水的检测

  • 【求助】分辨率与灵敏度的关系

    “分辨率提高,灵敏度下降”,一直以来,我对这句话的理解都不是很透彻。绝对灵敏度的定义是“一定质量的物质在仪器上的响应值(峰面积/峰高)”。相对对灵敏度的定义是“一定质量的物质在仪器上的响应值/信噪比”。对于四级杆而言,DC offset决定峰宽,也就是决定分辨率。那么“分辨率提高,灵敏度下降”是否可以这样理解:分辨率提高实际上就是DC offset变小,峰宽变小,由于峰宽变小对应的峰面积变小。假设,对于2fg A物质,分辨率R=2时,对应的峰面积=1000,这是仪器能检测到的极限;当分辨率R=5时,峰面积=6001000,对应的质量也小于2fg,超过仪器的极限,也就是说仪器无法检测到2fg以下的A物质;不知道理解的对不对,望大家批评指正以上数值是为了将意思表达清楚而假设的,不是遵循严格的计算法则得来的

  • 灵敏度和分辨率的关系

    有个问题,一般我们都会说分辨率和灵敏度是反比关系,分辨率增大,灵敏度降低,但是灵敏度有相对灵敏度和绝对了灵敏度之分,相对灵敏度指的是对样品信号的响应值;而绝对灵敏度也就是我们平常说的信噪比S/N那么现在就有个问题了,分辨率增大,意味着相邻的离子峰分的越开,那么以前不是但是相差很小的离子峰也被除去了,也就是离子的数量减少了,而这时有影响的应该是响应值的大小,也就是所说的相对灵敏度所以,我的观点,应该是分辨率和离子响应值也就是相对灵敏度,不是单纯的灵敏度这个词,还请大家指教!!!

  • 【求助】灵敏度与分辨率

    今天在本书上看到有这么一说。对多数质谱仪器而言灵敏度和分辨率是反比关系。。。随着分辨率提高,灵敏度会显著下降。不明白是为什么?希望知道的朋友讲解下

  • 关于分辨率和灵敏度的疑惑

    对于ms,分辨率和灵敏度是一对矛盾,追求一个方面必然牺牲另一个方面,原因是什么?另外,对于四级杆质量分析器的质量歧视效应,是不是因为 为了 保证高质量端的分辨率不变而牺牲的灵敏度 导致的现象?另外:是不是所有的质量分析器都有质量歧视效应?高端质谱 不牺牲灵敏度的高分辨 除外啊,不讨论那个

  • 名词解释: 分辨率和灵敏度

    分辨率指的是相邻两个峰的分离能力,在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]中,它主要由柱子来决定。在质谱中它主要是由质量分析器来决定。在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]中,分辨率与监测器的响应速度也有一定的关系,但现在的监测器响应速度一般都没有问题。灵敏度指的是单位进样量的响应值,与噪音无关,检出限是用2.5或是2倍信噪比表示。信噪比可以简单地理解为就是检测信号与干扰信号的比值,干扰大则检出限和检测精度低。分辨率和灵敏度有一定关系,如果灵敏度很低,比较容易达到高分辨率。在部分质量分析器中,这两者成反比关系。欢迎大家指正!

  • GCMS的灵敏度和分辨率

    小白求教,目前知道所使用的MS由离子源(EI)、四极杆(单杆)、检测器等组成,请问老师MS的哪些部件是作用于分辨率和灵敏度的?其原理是什么呢?怎样的操作能使这些部件提高分辨率和灵敏度呢?

  • 红外光谱的快速扫描和时间分辨的问题

    [color=#444444]比如:Nicolet 380:快速扫描:40 张谱/秒,16 cm-1,[/color][color=#444444] VERTEX 70:80张谱/秒(16cm-1谱分辨率),步进扫描-时间分辨率:5ns[/color][color=#444444]40 张谱/秒中的每张谱是扫描一次得到的吗?可以通过降低扫描速度来提高分辨率吗?就是把16cm-1分辨率提高到8或者4,然后40张谱/秒就降低到多少?[/color][color=#444444]时间分辨率为5ns,就是得到每张图的间隔是5ns吗?[/color][color=#444444]求解答!谢谢![/color]

  • ICPMS丰度灵敏度跟分辨率

    对于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICPMS[/color][/url]的丰度灵敏度跟分辨率的概念一直是似懂非懂,谁能通俗解释一下定义及对分析检测的影响。还有如何测量或者知道自己仪器的分辨率及丰度灵敏度。

  • 高分辨红外(HR-IR)未来能否取代色谱?

    大家知道色谱的威力在于分离与灵敏度,不同的物质在不同的时间出峰,可以检出到ppm以下的杂质。红外的优势在于方便,具有一定选择性,不需要样品处理(液体),可以原位分析。但是大部分时候由于谱峰重叠,以至于无法再谱图上分离各种不同物质。这一方面是分辨率的原因,4cm/1,相近的峰就可能重叠。更重要的方面是谱带半峰宽的问题,一般大于10cm/1。谱峰一宽就如同色谱柱效降低,就无法有效的分离各种物质了。大家讨论下,能否在未来有可能得到液体样品内分子的红外线状谱,或者近似线状(如同气体分子),提高到近似单分子检测限的灵敏度,同时采用高分辨技术,那样的话,大部分分析实验室内有红外就足够了,做原位在线检测更加是利器。核磁也是具有分离能力的技术,在H,C等谱上都可以有效分离各种不同物质,但是受限于灵敏度,同时也无法原位分析。总之,大家各抒已见,讨论讨论吧

  • 【原创】简析::精密度-准确度-灵敏度-分辨率

    今天这几个概念同时在我头脑中浮现,恐怕有些搞分析测量的朋友容易把这四个东西搞混,甚至误以为它们是一回事……实际上是 "精密度、准确度、灵敏度 和 分辨率" 本质上互不相同(尽管有时存在关联),在这里我把我的理解总结成一个帖子,目的是便于大家以后的讨论更清晰,以免误用,或者轻易被人忽悠。为了节省大家的时间,我尽可能用精炼的文字符号表达出它们的差异(其中x是某个待测量):1、精密度(precision)≈≈≈ ±σ (统计确定度,与可以接近0但理论上达不到0的误差error相对)2、准确度(accuracy) ≈≈≈ Δx (对准程度,与系统偏差Bias相对)3、灵敏度(sensitivity)≈≈ dx_min (一定信噪比条件下,仪器对微弱信号变化响应极限)4、分辨率(resolution)≈≈ dx/digital(模数转换能力,只是采集卡指标,而与1-3关系并不直接)注: 以上只是大陆的个人观点,欢迎讨论,切勿引用。http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/brow/em09502.gif

  • 【转帖】【Cell】超分辨率细胞成像研究获新进展

    作为第一位获美国麦克阿瑟基金会“天才奖”的华人女科学家,庄晓薇教授获得了许多重要成果,尤其是在生物物理显微成像领域,近期庄晓薇教授在《细胞》发表了题为“Breaking the Diffraction Barrier: Super-Resolution Imaging of Cells”,描述了超分辨率细胞成像的最新进展。传统光学显微镜受限于光的波长,对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到纳米级的分辨率,但通电的结果容易造成样品的破坏,因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标,但这些蛋白质还是经常挤在一块,在显微镜下分不出谁是谁。这几年高分辨率荧光显微镜跨越了一大步,使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展,从而宣告200—750纳米大小范围的模糊团块的时代结束了。比如利用光敏定位显微镜:PALM可以用来观察纳米级生物,相较于电子显微镜有更清晰的对比度,如果给不同蛋白接上不同的荧光标记,就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。庄晓薇研究组一直在研究如何用光敏开关探针来实现单分子发光技术。他们希望能用光敏开关将原本重叠在一起的几个分子图像暂时分开,这样就能获得单分子图像,从而提高分辨率。2004年庄晓薇研究组偶然发现某种花青染料具有光控开关,也就是说,通过使用不同颜色的光,可以随意地把它们激活成荧光状态和失活成黑暗状态。自此庄晓薇生开始研究这些光控探针,用它们来短暂地分离个体分子在空间上的重叠影像从而提高分辨率。之后这一研究组在Nature Methods杂志上发表文章,命名了一种随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy, STORM)。使用STORM可以以20nm的分辨率看到DNA分子和DNA-蛋白质复合体分子。这一方法基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理,在双激光激发下荧光探针随机发光,通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像,其空间分辨率目前可达20nm。STORM虽然可以提供更高的空间分辨率,但成像时间往往需要几分钟,同时还不能满足活体实时可视的成像的需要,发展空间很大。近期庄晓薇研究组也在Science杂志上发表了他们的3D STORM成像成果,该技术的空间分辨率比以往所有光学3D成像技术的分辨率都要高出10倍。研究人员展示了用3D STORM成像技术拍摄的肾细胞内微管结构图和其它的分子结构图。随后,他们又进一步将该技术发展成了多色3D成像技术(multicolor 3D imaging)。除了庄晓薇研究组之外,另外一个华人研究团队在这方面也获得了杰出成果,来自哈佛大学的谢晓亮教授在单分子光谱检测及其在生命科学中的应用方面也作出了许多贡献,十年前,谢晓亮教授因为发布了CARS显微技术而引发了巨大轰动。这种技术通过一种叫做自发拉曼散射的现象来增强信号。在自发拉曼散射中,样品内的化学键能够改变通过其中的光的波长。更早使用的拉曼散射显微术要求的激光功率很高,而且有时候需要曝光时间长达一天。近期谢晓亮教授研究组将SRS显微技术与核磁共振成像(MRI)技术联合起来,从而能快速灵敏的捕捉活体组织中分子运动,比如血细胞挤压通过血管的过程。这项技术镜头分辨程度达到亚细胞水平,可记录下蛋白、脂肪及细胞内液的情况。由于SRS显微镜可以探测到原子间化学键的共振,因此无需荧光标记。研究人员认为SRS显微镜可以在肿瘤摘除手术方面有所帮助,加快手术进程。传统的样本分析需要花费约20分钟,SRS 显微镜几乎可以做到实时扫描。同多种常用的观察生物分子的技术相比,新型SRS显微技术优势明显:它能采集分析照射生物样本的近30%激光,比传统SRS显微镜高出30倍;并且不需要插入荧光标记,避免了绿色荧光标记蛋白质扰乱生物路径或压住较小生物分子的问题。此外,传统的红外显微镜空间分辨率太低,并需要给样本脱水;自然的拉曼显微镜需要很高的激光能量,整体耗时很长,在活样本中的应用受到限制;相干反斯托克拉曼散射显微镜在拍摄除了脂质以外的大多数分子时对比度不够,而新型SRS显微技术都能突破这些局限。(来源:生物通 万纹)

  • 高分辨飞行时间气质联用仪的主要特点

    高分辨特点,使之具有分离同位素干扰与背景化学噪音的选择性;  灵敏度高,获取极低的检测范围;  宽线性动态范围,允许在一定的浓度范围内进行实验;  精确质量MS测量能力,可给出元素组成信息,用于鉴别被分析物;可同时获得分子离子与碎片离子的精确质量,从而简化谱图解释过程;  多种离子化选项,适合于各种化合物的分析,包括支持直接进样杆与GC进样口的离子源;  多种数据处理软件选项,进行各种应用。  分辨率与精确质量  采用常规小于5ppm RMS质量数测定,鉴别小分子的元素组成;  使用i-FIT?软件,结合精确质量与同位素分析模型,获得准确的分子式信息;  超过7000FWHM分辨率,可实现从干扰离子与分析物的分离。采用这种高分辨选择性能,可有效降低化学噪音,获得较低的检测限度。  多种操作模式  在不同EI、CI、FI离子源之间切换,进行GC/MS分析;  可选择不同的进样方式,包括DCI、FD、固体直接进样杆;  识别窄色谱峰,光谱采样速率20采样点/秒;  采用增大的线性动态范围,适用于宽范围的分析物浓度的实验;  灵敏度  采用全光谱高灵敏的oa-TOF技术,分析痕量物质的组分

  • 海洋光学高分辨率近红外光谱仪扩展了波长测量范围

    海洋光学高分辨率近红外光谱仪扩展了波长测量范围

    海洋光学高分辨率近红外光谱仪扩展了波长测量范围新款小型近红外光谱仪NIRQuest512-1.9 。这款高分辨率近红外光谱仪NIRQuest512-1.9的响应范围可达1100-1900纳米,从粮食生产和化学处理的变化监测到为半导体装配和医疗进行激光特征分析,该光谱仪可应用于各种领域。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/12/201212191311_413838_2432394_3.jpgNIRQuest512-1.9配置具有很高的稳定性,512像素Hamamatsu InGaAs线阵探测器,适用于多种光栅和光具座,用以优化1100至1900纳米之间的性能。标准的NIRQuest512-1.9光栅常数为150线/毫米,25微米的入射狭缝,以及一个非荧光长波通滤光器配置,可传输1000纳米以上的波长。该滤光器有助于缓和二阶效应。NIRQuest512-1.9外部配有一个硬件,通过该硬件,在出现外部情况时,用户可以通过外部触发获取相应数据信息,或者在数据获得之后再次引起触发。光谱仪操作通过SpectraSuite软件来控制,该软件是一个基于Java的模块化光谱学平台。NIRQuest的低沉噪声让其具备集成光谱仪的潜力(或者将光谱仪中的探测器暴露在光线下),从而延长使用时间,这在光线暗的环境中非常有用。满信号条件下的信噪比在每100毫秒积分时间内大于15000:1。因此,在对敏感性要求极高的应用环境中可以实现高效操作模式。

  • 海洋光学高分辨率近红外光谱仪扩展了波长测量范围

    海洋光学推出了新款小型近红外光谱仪NIRQuest512-1.9 。这款高分辨率近红外光谱仪NIRQuest512-1.9的响应范围可达1100-1900纳米,从粮食生产和化学处理的变化监测到为半导体装配和医疗进行激光特征分析,该光谱仪可应用于各种领域。NIRQuest512-1.9配置具有很高的稳定性,512像素Hamamatsu InGaAs线阵探测器,适用于多种光栅和光具座,用以优化1100至1900纳米之间的性能。标准的NIRQuest512-1.9光栅常数为150线/毫米,25微米的入射狭缝,以及一个非荧光长波通滤光器配置,可传输1000纳米以上的波长。该滤光器有助于缓和二阶效应。NIRQuest512-1.9外部配有一个硬件,通过该硬件,在出现外部情况时,用户可以通过外部触发获取相应数据信息,或者在数据获得之后再次引起触发。光谱仪操作通过SpectraSuite软件来控制,该软件是一个基于Java的模块化光谱学平台。NIRQuest的低沉噪声让其具备集成光谱仪的潜力(或者将光谱仪中的探测器暴露在光线下),从而延长使用时间,这在光线暗的环境中非常有用。满信号条件下的信噪比在每100毫秒积分时间内大于15000:1。因此,在对敏感性要求极高的应用环境中可以实现高效操作模式。

  • 高分辨率激光共焦显微成像技术新进展

    共焦显微镜因其高分辨率和能三维立体成像的优点被广泛应用在生物、医疗、半导体等方面。文章首先分析了影响共焦显微镜分辨率的因素,主要有光源、探测器孔径和杂散光等;并结合这些因素介绍了双光子共焦碌微镜、彩色共焦显微镜、荧光共焦显微镜、光纤共焦显微镜;然后从提高系统成像速度的方面介绍了波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜;最后分析了共焦显微镜的发展趋势。一、引言随着人们对于生物医学的研究,传统的光学显微镜已经无法满足研究的需要,人们需要可以实现三维成像的显微镜。1957年Marvin Minsky提出了共焦扫描显微镜的原理。1969年,耶鲁大学的Paul Davidovits和M.David Egger设计了第一台共焦显微镜,1987年第一台商业化共焦显微镜的问世,真正实现了三维立体成像。与普通光学显微镜相比,共焦显微镜具有极其明显的优点:能对物体的不同层面进行逐层扫描,从而获得大量的物体断层图像;可以利用计算机进行图像处理;具有较高的横向分辨率和纵向分辨率;对于透明和半透明物体,可以得到其内部的结构图像;还可以对活体细胞进行观察,获取活细胞内的信息,并对获得的信息进行定量分析。自共焦显微原理被提出以来,引起了研究者的广泛关注,提高显微系统的分辨率和改善系统的性能是研究者开发新型显微镜时考虑的主要因素。近几十年,国内外学者通过对共焦显微成像系统的三维点扩散函数、光学传递函数等方面的分析,得出影响显微系统分辨率的因素,主要包括系统的激励光源、探测器孔径、杂散光等。此外,共焦显微镜的成像速度也是决定系统性能的一个重要因素,专家们也一直在进行提高系统成像速度的研究。本文主要从提高显微系统分辨率和系统成像速度这两个方面来介绍共焦显微镜的发展情况。二、共焦扫描显微镜分辨率的提高光源、探测器孔径和杂散光等是影响共焦显微镜分辨率的几个主要因素,因此可以通过改善这些方面来提高显微系统的分辨率。1.光源显微镜的成像性质在很大程度上取决于所采用光源的相干性,有关研究表明,光源相干性好的系统其分辨率要比相干性差的系统要好,并且照明光源对分辨率的改变范围达到了26.4%。因此,选取适合的照明光源对提高显微系统的分辨率有很大帮助。常规的共焦扫描显微镜主要使用普通单色激光作为光源,随着技术的进步,目前已经出现了使用飞秒激光、超白激光、高斯光束作为光源的共焦显微镜,以提高系统性能,获得更高的分辨率。①飞秒激光为光源的双先子扫描共焦显微镜双光子扫描共焦显微镜通常使用近红外的飞秒激光作为激发光源,由于红外光具有较强的穿透性,它能探测到生物样品表面下更深层的荧光图像,并且生物组织对红外光吸收少,随着探测深度的增加衰减会变小,另一方面红外光的衍射低,光束的形状保持性好。2005年,Wild等人利用双光子扫描共焦显微技术实时观察和定量分析了PAHs在植物叶片表面和内部的光降解过程。后来又进一步研究了菲从空气到叶片的迁移过程、菲在叶片内部的运动及其分布情况等,该技术可观测PAHs在叶片内部的最大深度约为200μm。②白激光( supercontinuum laser)为光源的彩色共焦显微镜彩色共焦显微镜是利用光学系统的彩色像差,光源的不同光谱成分会聚焦到样品的不同深度,通过分析由样品反射的光谱能有效地获得样品的扫描深度。2004年,美国宾夕法尼亚州立大学的Zhiwen Liu课题小组使用光子晶体光纤产生的超连续谱白光作为彩色共焦显微镜的光源,这种超连续谱白光具有大的带宽,能够提高系统的扫描范围,能达到7μm扫描深度。另外超白激光有较高的空间相干性,无斑点噪声,能提高系统的信噪比和扫描速度。③使用高斯光束的荧光共焦显微镜荧光共焦显微镜是通过激光照射样品激发样品发出荧光,再通过探测器接受荧光对样品进行观察的共焦显微镜。华南农业大学的杨初平等人研究了不同光源孔径和束斑尺寸的高斯光束对荧光共焦显微镜分辨率的影响表明:与一定孔径尺寸的平行光束相比,采用高斯光束系统可以获得更好的分辨率。 2. 探测器孔径和杂散光共焦显微镜中探测器孔径能滤除部分杂散光,提高系统的分辨率和信噪比。根据相关文献对共焦扫描显微镜的三维光学传递函数与探测器孔径之间的依赖关系的研究,可以得到探测小孔直径为:d=β*1.22λ/NA,式中,β为物镜的放大率,λ为光的波长,NA为物镜的数值孔径。由该公式确定探测器小孔的直径,一方面满足了共焦扫描系统对探测器小孔直径的要求,从而保证高的横向和纵向分辨率,另一方面,又最大限度地使由试样中发射的荧光能量被探测器接收。为了更进一步提高系统分辨率,许多研究者对共焦显微镜中探测孔径进行了改进,例如使用单模光纤代替普通针孔孔径,还有双D型孔径等。① 使用单模光纤的光纤共焦显微镜在光纤共焦显微镜中用光纤分路器代替传统共焦显微镜中的光束分路器,并以单模光纤来代替光源和探测器的微米尺寸针孔孔径。使用单模光纤的优点在于:首先,在采用寻常针孔制作的共焦显微镜中,光源、针孔、探测器等有可能不在一条直线上从而会引起像差;但是在光纤作为针孔的共焦显微镜中,即使有的部件偏离直线时也不会引入像差。其次,使用单模光纤代替微型针孔,容易清除针孔的污染,而且不易受污染。第三,在使用光纤的系统中,可以自由移动显微镜部分而不必挪动探测器。2006年德克萨斯大学使用光纤共焦显微镜进行口腔病变检测,测得的系统横向和轴向分辨率分别为2. 1µm和10µm,成像速度为15帧/s,可观测范围为200µm×200µm。② 具有D型孔径的共焦显微镜近几年,具有对称D型光瞳的共焦显微成像技术引起广泛的关注,图1所示是该系统示意图。2006年美国东北大学的Peter J.Dwyer等人使用这种共焦显微镜进行了人体皮肤内部成像的实验,测得横向分辨率为1.7士0.1µm。2009年新加坡国立大学的Wei Gong等人采用傍轴近似方法理论分析了在共焦显微镜中使用双D型孔径对轴向分辨率的影响。分析表明在图1中的d值给定时,进入瞳孔的光信号强度l会随着探测器尺寸的增加而增加;但是在探测器尺寸给定时,光信号强度I会随着d的增加而单调递减。在使用有限大小的探测器时,改变d的大小,轴向分辨率可以得到改善。 http://www.biomart.cn//upload/userfiles/image/2011/11/1321512815.png 图1 双D型孔径共焦成像系统示意图在共焦成像光学系统中,到达像面的杂散光会在像面上产生附加的强度分布,从而进一步降低了像面的对比度,限制了系统分辨率的提高,因此在显微系统设计时,杂散光的影响也是不容忽视的。一般除了使用探测小孔来抑制杂散光,其他的一些设备例如可变瞳滤波器等对杂散光也有很好的过滤作用。最近以色列魏茨曼科学研究所的O.sipSchwartz and Dan Oron等人提出在系统中使用可变瞳滤波器,这个滤波器能够使多光子荧光共焦显微镜达到分辨率阿贝极限的非线性模拟,从而改善系统的分辨率。三、共焦扫描显微成像速度的提高共焦显微镜快速的成像速度为研究者观察生物细胞中快速动态反应提供了良好的条件。在共焦扫描显微成像系统中,传统的方法是通过改善扫描探测技术来提高成像速度。现有的扫描探测技术主要有Nipkow转盘法、狭缝共焦检测法、多光束的微光学器件检测法。这些方法可以改善扫描速度,但是与系统分辨率,视场之间都存在矛盾,因此又诞生了两种提高成像速度的新型显微镜:波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜。

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