傅里叶红外光谱成像
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11
通过样品台的精确移动和探测器对样品的 同步扫描和计算机数据处理，获得ROI 的 每个像素的XY 坐标和红外光谱。这些探测 器测量目标范围内全波段光谱的平均吸收 率（或透射率） ，并采用一定的颜色（范 围）来表示，即（Artifact），从而ROI 显 示以彩色图像。在任意像素所对应的红外 光谱上选择某特征谱带，即可衍生出该特 征谱带所对应的特征基团或该基团所代表 的某特征成分在样品的ROI 内的分布情况， 此即成分图像（Chemical Image） 。从 而可形象直观的分析样品组分、结构特征、 特征基团的空间分布及其变化等。
透射模式
反射模式
相比较于透射模式，反射模式则是在制样和操作上更易实现的一种成像模 式。为了保证成像和光谱质量，对于载玻片亦有特殊要求。在中红外波段， 多采用特制的表面镀银的（low‐emission）载玻片，降低了实验成本。 此种载玻片对LED 发出的白光透射而对红外光反射（反透射） ，从而可顺 利实现可见光成像和红外光谱显微成像，同时进一步提高红外成像的质量。
12
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
传统红外光谱学可研究鉴别骨中羟磷灰石的存在和定量研究骨中取代基，譬如碳酸 盐和酸式磷酸盐的存在，可提供均匀分布的组织中的晶体尺寸和完整度，有利于研 究骨质疏松性骨折。但是主要是针对均匀骨质。FTIRI 技术的出现则有利于进一步 研究这些硬组织当中的空间异质性，即其较高的空间分辨率和丰富的光谱信息有利 于研究和表征从硬组织的表面到内部的结构和成分分布差别。尽管组织化学和X 射 线显微照相技术可观察到这些空间变化，但是FTIRI 技术则可提供更精确的定量描述。 因此骨的异质性或不均匀性等特性决定了FTIRI 适宜进行和年龄、位置变化等相关的 空间分辨的研究，从而可定量判定骨的空间含量或空间差异 、成分和性质以及饮食、 环境和具体的蛋白质（发生基因突变等）的影响，同时也为生物医学的研究的开辟 了一个新的研究领域并提出了治疗依据。
7
显微装置中配以物镜和聚光镜（condenser）实现成像 的６× 放大，数值孔径为０.５８ 。【特定的光学设计 允许样品区域在探测器单元上实现１ ∶ １ 和４ ∶ １ 成像，从而达到２５ × ２５ 和６.２５ μm × ６.２５ μm 正常空间分辨率（实际的空间分辨率是和波长相关 的，并由衍射限来决定的） 。光谱可以以快速扫描的模 式（最大速率８０ pixels／s）进行采集。】可见光成 像（视觉影像Visual image）的收集则通过一个CCD 相机结合计算机控制（亦可手动操作）的显微镜样品台 的运动来最终实现。可见光成像的收集是在白光LED 的 照射下“拼接”而成。而后在可见光成像区域内选择感 兴趣的区域进行红外光谱成像。因为系统集成阵列探测 器和运动样品台，所以红外光谱成像数据采集速度较快。 具体速度还与光谱分辨率及空间分辨率有关，分辨率越 高则采集时间越长。
6
该系统是由一个红外光谱仪（Spectrum One）耦合一个Spotlight 300 显微镜装置。系统内部包含一个16 × 1 单元（400 μm × 25 μm） HgCdTe （MCT） 线性阵列探测器（如引言中所述）和一个单点 （100 μm × 100 μm ）MCT 探测器，并以液氮置于Dewar 瓶中进 行冷却。这两个探测器均是在液氮温度下以光敏（光电导）模式工作。 二者所探测的最低光谱范围可从720 cm － １ （后者甚至可更低一些） 开始。
4
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
目前世界著名的红外光谱学显微成像系统的生产公司包括Bio‐Rad （现在 是Digilab／Varian） ， Perkin Elmer （PE） ，Thermo‐Fisher Nicoli ， Bruker 等。这些红外光谱显微成像系统基本上是由红外光谱仪和红外显微 镜系统两大部分组成。仅以最具代表性的PE 公司的Spotlight 300 系统为例， 描述红外光谱学显微成像系统的原理和构成。
10
成像模式选择之后，将样品置于红外显 微镜的样品台上，进行Z 轴方向的上下 调节从而可实现LED 白光和入射红外光 有效聚焦到待测样品位置。在清晰聚焦 之后，调节（移动）样品台来确定可见 光成像区域。在可见光成像的基础上选 择ROI（region of interest）进行红外 光谱显微成像。8引言关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
根据样品的特点、性质和测量要求选择测量或成像模式，通常有反射模式 和透射模式。针对不同的成像模式，所采用的载玻片也截然不同。对于透 射模式，因为是实现透射测量，所采用的载玻片多是在红外波段几乎全透 的BaF２ 晶片，从而可最大限度地减少客观条件对实验结果的影响。因为 透射模式可提供最好的信噪比和较好的光谱质量，但是光谱强度却容易受 到样品厚度和样品吸光度的影响，所以更适用于测量透光性较好的样品。
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
红20外01光年谱，用珀于金生埃物尔物默理（学Pe和rk生in物E化lm学e进r）行公结司构推分出析一已套有傅大 半里个叶世变纪换。红该外方光法谱提 成供 像了 （重fo要ur的ie结r t构ra信ns息fo，rm例i如nf组ra织re的d 组 成im，ag蛋in白g质，二FT级IR结I）构系和统相，互即作采用用，高DN灵A敏构度象的和线结性构阵转列变， 脂探质测构器并象耦的合排一序个和可相快行速为运等动。的傅样里品叶台变。换红外（fourier t该ra仪n器sfo允r许m红in外fr光ar谱ed成，像F（TIMR）ap光s 谱或技Im术ag则e是s）在以2独0世立纪的80 年样代品后尺期寸兴采起集，并和在 基于生物 FP医A 学开研发究的中红发外挥光着谱越成来像越仪重器要在的 作数用据。采集时间和操作方便性方面相比较具有更明显的优 势，并降低了噪声和成本。自FTIRI 技术出现以来，虽然 仪器系统较昂贵，但仍以其强大的功能在各领域发挥越 来越重要的作用。
FTIRI 在骨病 研究中的应用
傅里叶变换红外光谱成像系统（fourier transforminfrared imaging ， FTIRI） 12应用物理2班 胡文涛 2012326690036
1
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
通过样品台的精确移动和探测器对样品的 同步扫描和计算机数据处理，获得ROI 的 每个像素的XY 坐标和红外光谱。这些探测 器测量目标范围内全波段光谱的平均吸收 率（或透射率） ，并采用一定的颜色（范 围）来表示，即（Artifact），从而ROI 显 示以彩色图像。在任意像素所对应的红外 光谱上选择某特征谱带，即可衍生出该特 征谱带所对应的特征基团或该基团所代表 的某特征成分在样品的ROI 内的分布情况， 此即成分图像（Chemical Image） 。从 而可形象直观的分析样品组分、结构特征、 特征基团的空间分布及其变化等。
透射模式
反射模式
相比较于透射模式，反射模式则是在制样和操作上更易实现的一种成像模 式。为了保证成像和光谱质量，对于载玻片亦有特殊要求。在中红外波段， 多采用特制的表面镀银的（low‐emission）载玻片，降低了实验成本。 此种载玻片对LED 发出的白光透射而对红外光反射（反透射） ，从而可顺 利实现可见光成像和红外光谱显微成像，同时进一步提高红外成像的质量。
12
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
传统红外光谱学可研究鉴别骨中羟磷灰石的存在和定量研究骨中取代基，譬如碳酸 盐和酸式磷酸盐的存在，可提供均匀分布的组织中的晶体尺寸和完整度，有利于研 究骨质疏松性骨折。但是主要是针对均匀骨质。FTIRI 技术的出现则有利于进一步 研究这些硬组织当中的空间异质性，即其较高的空间分辨率和丰富的光谱信息有利 于研究和表征从硬组织的表面到内部的结构和成分分布差别。尽管组织化学和X 射 线显微照相技术可观察到这些空间变化，但是FTIRI 技术则可提供更精确的定量描述。 因此骨的异质性或不均匀性等特性决定了FTIRI 适宜进行和年龄、位置变化等相关的 空间分辨的研究，从而可定量判定骨的空间含量或空间差异 、成分和性质以及饮食、 环境和具体的蛋白质（发生基因突变等）的影响，同时也为生物医学的研究的开辟 了一个新的研究领域并提出了治疗依据。
7
显微装置中配以物镜和聚光镜（condenser）实现成像 的６× 放大，数值孔径为０.５８ 。【特定的光学设计 允许样品区域在探测器单元上实现１ ∶ １ 和４ ∶ １ 成像，从而达到２５ × ２５ 和６.２５ μm × ６.２５ μm 正常空间分辨率（实际的空间分辨率是和波长相关 的，并由衍射限来决定的） 。光谱可以以快速扫描的模 式（最大速率８０ pixels／s）进行采集。】可见光成 像（视觉影像Visual image）的收集则通过一个CCD 相机结合计算机控制（亦可手动操作）的显微镜样品台 的运动来最终实现。可见光成像的收集是在白光LED 的 照射下“拼接”而成。而后在可见光成像区域内选择感 兴趣的区域进行红外光谱成像。因为系统集成阵列探测 器和运动样品台，所以红外光谱成像数据采集速度较快。 具体速度还与光谱分辨率及空间分辨率有关，分辨率越 高则采集时间越长。
6
该系统是由一个红外光谱仪（Spectrum One）耦合一个Spotlight 300 显微镜装置。系统内部包含一个16 × 1 单元（400 μm × 25 μm） HgCdTe （MCT） 线性阵列探测器（如引言中所述）和一个单点 （100 μm × 100 μm ）MCT 探测器，并以液氮置于Dewar 瓶中进 行冷却。这两个探测器均是在液氮温度下以光敏（光电导）模式工作。 二者所探测的最低光谱范围可从720 cm － １ （后者甚至可更低一些） 开始。
4
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
目前世界著名的红外光谱学显微成像系统的生产公司包括Bio‐Rad （现在 是Digilab／Varian） ， Perkin Elmer （PE） ，Thermo‐Fisher Nicoli ， Bruker 等。这些红外光谱显微成像系统基本上是由红外光谱仪和红外显微 镜系统两大部分组成。仅以最具代表性的PE 公司的Spotlight 300 系统为例， 描述红外光谱学显微成像系统的原理和构成。
10
成像模式选择之后，将样品置于红外显 微镜的样品台上，进行Z 轴方向的上下 调节从而可实现LED 白光和入射红外光 有效聚焦到待测样品位置。在清晰聚焦 之后，调节（移动）样品台来确定可见 光成像区域。在可见光成像的基础上选 择ROI（region of interest）进行红外 光谱显微成像。8引言关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
根据样品的特点、性质和测量要求选择测量或成像模式，通常有反射模式 和透射模式。针对不同的成像模式，所采用的载玻片也截然不同。对于透 射模式，因为是实现透射测量，所采用的载玻片多是在红外波段几乎全透 的BaF２ 晶片，从而可最大限度地减少客观条件对实验结果的影响。因为 透射模式可提供最好的信噪比和较好的光谱质量，但是光谱强度却容易受 到样品厚度和样品吸光度的影响，所以更适用于测量透光性较好的样品。
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式
红20外01光年谱，用珀于金生埃物尔物默理（学Pe和rk生in物E化lm学e进r）行公结司构推分出析一已套有傅大 半里个叶世变纪换。红该外方光法谱提 成供 像了 （重fo要ur的ie结r t构ra信ns息fo，rm例i如nf组ra织re的d 组 成im，ag蛋in白g质，二FT级IR结I）构系和统相，互即作采用用，高DN灵A敏构度象的和线结性构阵转列变， 脂探质测构器并象耦的合排一序个和可相快行速为运等动。的傅样里品叶台变。换红外（fourier t该ra仪n器sfo允r许m红in外fr光ar谱ed成，像F（TIMR）ap光s 谱或技Im术ag则e是s）在以2独0世立纪的80 年样代品后尺期寸兴采起集，并和在 基于生物 FP医A 学开研发究的中红发外挥光着谱越成来像越仪重器要在的 作数用据。采集时间和操作方便性方面相比较具有更明显的优 势，并降低了噪声和成本。自FTIRI 技术出现以来，虽然 仪器系统较昂贵，但仍以其强大的功能在各领域发挥越 来越重要的作用。
FTIRI 在骨病 研究中的应用
傅里叶变换红外光谱成像系统（fourier transforminfrared imaging ， FTIRI） 12应用物理2班 胡文涛 2012326690036
1
引言
关于FTIRI 的总结
FTIRI 系统结构介绍
FTIRI 在骨病研究中的 应用
FTIRI 系统工作原理和方式