光学显微技术篇1

【关键词】激光拉曼光谱；流体包裹体；应用

0前言

拉曼光谱是一种散射光谱，它是印度科学家C.V.Raman和K.S.Krishnan于1928年发现的。显微激光拉曼光谱是一种非破坏性测定物质分子成分的微观分析技术，是基于激光光子与物质分子发生非弹性碰撞后，改变原有人射频率的一种分子联合散射光谱[1-2]。显微激光拉曼光谱（LRM）是20世纪60年代才发展起来的作为一项新兴的微区分析技术，是20世纪70年代才开始渗人地学领域的，近年来，在矿物学、岩石学、矿床学及宝玉石的鉴定中已得到广泛的应用。目前，显微激光拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。利用激光拉曼光谱可对物质分子进行结构分析和定性鉴定其在微区分析上所显示的高精度、原位、无损和快速特点，使之逐渐成为地球科学基础研究中的一项重要分析手段[3-5]。流体包裹体作为某一时期特定地质事件见证者和唯一的原始成岩、成矿环境真实情况的记录者[6]，其应用越来越广泛，被越来越多的地质学家所重视，因此，对流体包裹体的研究也成为地质学重要的一个课题。LRM作为一种快速、简便的无损微区测试手段，在被深入应用于地质学领域的同时，在流体包裹体中也已得到了广泛的应用，国内已有不少学者[5，7-9]用此技术对流体包裹体进行了研究。

1激光拉曼在油气包裹体中的应用

油气的勘探与开发一直是人们关注的一个问题，包裹体的种类多样，其中油气包裹体是油气显示的一个方面，也是油气资源勘探研究的一种重要手段。沉积岩在成岩作用过程中，富含有机质的沉积物随着成岩温度和压力升高而发生分解，释放出甲烷、乙烷等一系列易挥发的烃类有机物[10]。这些烃类有机物会在成岩、成矿过程中会溶解于地层中的流体，有些会被寄存在宿主矿物中，形成包裹体。根据前人[6，10-12]。研究流体包裹体与油气勘探存在必然的联系。成岩作用研究是油气包裹体研究的基础，而包裹体的成分对分析成岩作用具有一定的建设性作用，不少学者对包裹体进行过成分的分析[9]。

据卢焕章等[13]将油气包裹体划分为为含碳氢化合物的包裹体，包括烃类包裹体及沥青类包裹体。有机包裹体是油气源岩演化过程的直接产物，是油气生成、演化、运移、聚集过程中遗留下来的原始样品和历史记载[12]。烃源岩的成熟度往往与油气的生成有着密切的关系，而评价烃源岩往往与有机质有着密不可分的关系。因此，根据有机包裹体的变化特征可以确定有机质的热演化程度和油气的形成阶段[12]。富含有机质的沉积物在成岩的过程中释放的烃类及有机质中有机酸在油气的生成和的过程中都占有极其重要的地位。前人[6]已经通过激光拉曼技术对有机质进行了研究，对油气的勘探又提供了进一步的可用数据。张鼐等[3]也利用激光拉曼对原油烃类拉曼光谱与油气包裹体烃类光谱进行对比研究。组成油气的烃类种类较多，成分也有差异，不同成分的烃类包裹体展示了成岩、成矿不同的过程，因此对烃类包裹体成分的测试也成为研究油气成藏的一个重要方面。油气中的成分很多都是由烃类构成的，构成烃类的碳氢元素多种同位素，不同来源、不同成因的地质流体可能会有不同的元素组成。李荣西等[9]认为对包裹体的同位素研究对古流体成因和来源方面都有特殊的用途，并用激光拉曼技术对单个流体包裹体同位素进行了测试，同时也证明了此方法的可行性。

岩石或矿物在形成的过程中，地层中的流体来源广阔，导致油田水成分复杂，含有盐类、气体、有机质和各种微量元素，其中盐类的组成和浓度决定着油田水的物理化学性质[6]，因此对流体包裹体的研究就变得异常重要。对包裹体盐度的测定可以很好的推算矿物或岩石形成时环境，传统的显微冷热台测温推算包裹体的盐度的方法操作较复杂，有不少学者[3，5，6]经过用激光拉曼测人工合成包裹体与实际流体包裹体对比发现此种方法与传统的方法误差很小，说明用拉曼光谱测定流体包裹体的盐度是可行的，并且是一个简便有效的方法。

目前，激光拉曼光谱除了在流体包裹体得到广泛应用，在地质学的其他领域也得到了广泛应用，例如矿床学、古生物、地球化学，尤其在宝玉石的鉴定方面，成为鉴定人工与天然宝玉石的无损分析比较有力的一种测试方法。

但激光拉曼光谱技术还存在一些问题，油气包裹体中的烃类包裹体往往会显示不同程度的荧光，而激光拉曼测包裹体成分时往往又受荧光的干扰，会影响实验分析测试的数据。因此，在应用激光拉曼光谱分析技术的同时，有待于寻求新的方法去解决现有的问题。

3结论

（1）流体包裹体作为某一时期特定地质事件见证者和唯一的原始成岩、成矿环境真实情况的记录者，在研究成岩、成矿等方面有及其重要的作用。

（2）油气包裹体是油气源岩演化过程的直接产物，是油气生成、演化、运移、聚集过程中遗留下来的原始样品和历史记载LRM已广泛应用于各个领域，对油气包裹体的研究具有重大意义，LRM逐渐广泛应用于油气包裹体的分析。因此，有待于寻求新的方法去解决现有问题。

【参考文献】

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[3]吕新彪，姚书振，何谋春.成矿流体包裹体盐度的拉曼光谱测定[J].地学前缘，2001，8（4）：429-452.

[4]段菁春，庄新国，何谋春.不同变质程度煤的激光拉曼光谱特征[J].2002，21（2）：65-67.

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[6]何谋春，吕新彪，刘艳荣.激光拉曼光谱在油气勘探中的研究初探[J].光谱学与光谱分析，2004，11，24（11）.

[7]张鼐，田作基，冷莹莹.烃和烃类包裹体的拉曼特征[J].中国科学：D辑，2007，37（7）：900-907.

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光学显微技术篇2

（1）微型投影光学引擎

微型投影机因体积小、影像画面大而应用在便携式移动产品中，例如嵌入到手机、数字相机、PDA中，让使用者可以随时随地欣赏清晰的全彩色影像，用途涵盖个人使用、影像分享和小型会议。本项目开发了全球最小的嵌入式微型投影模块和独立式微型投影模块，光学引擎的体积分别仅为

可供转移的技术为嵌入式投影模块设计、低功耗独立式投影模块、高亮度独立式投影模块、投影影像及屏幕补充算法，定制化设计嵌入式、独立式和微型口袋式投影机。

（2）三维立体微型投影机

有了基于硅基液晶微显示平板的偏振技术开发的双模三维微型投影机，用户无需去影院也能欣赏三维影片。投影机可以实现二维/三维切换，且同样适合于主动式/被动式偏振模式。整合的超微型设计让用户随时随地欣赏高分辨率、高亮度的三维影片。本项目开发了全球第一台双模式的三维微投影机。

（3）互动式投影系统

互动式微型投影光机系统具有一个或多个投影画面，将光源和图像感应器整合为独特的光学引擎设计，采用专有的环境自适应感测方案和识别算法模拟人眼。互动式微型投影机将成为下一代移动互动式输入/输出设备（键盘、手写板、触控屏、数字相机等）中的主流技术之一。

可供转移的技术为互动式微型投影机模块和自适应的人眼感测/识别方案。

（4）微型投影机用扫描镜

光学显微技术篇3

关键词：显微；共聚焦显微技术；激光扫描共聚焦；碟片共聚焦；结构光

中图分类号：TH742文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2013.01.009

引言普通的显微镜在获得聚焦处信息的同时也获得离焦处的信息，该离焦信息会影响观察到的图像，其效果犹如在聚焦处铺上了一层“薄纱”，大大降低了图像的对比度。所谓的共聚焦显微镜，可以尽量多地抑制聚焦处之外的杂散光，以保证获得的图像仅仅来自样品聚焦处的信息，即像面和观察面是完全“共轭”的，去除了“薄纱”的影响，对比度更高，且可分层获得样品的信息，也就是光学共聚焦图像，获得样品多幅连续的共聚焦图像，即在不破坏样品的情况下可用这些二维共聚焦图像重建出样品的三维图像，非常适合于活体观察，并已成为生物医学、材料科学和半导体等领域的重要研究工具。目前除了传统的激光扫描共聚焦显微镜（laserscanningconfocalmicroscopy，LSCM）之外，还有碟片共聚焦显微镜（spinningdiskconfocalmicroscopy，SDCM）和结构光显微镜（structuredilluminationmicroscopy，SIM）。1激光扫描共聚焦技术原理及其特点[1]激光扫描共聚焦显微镜，是在普通显微镜的基础上增加了“共聚焦技术”和“激光扫描技术”。共聚焦技术，就是在共聚焦显微镜图1LSCM的原理

Fig.1PrincipleofLSCM的光路中设置了两个共聚焦针孔，即照明针孔和探测器针孔，并与样品上的聚焦点共轭。具体原理如图1所示，激光光源发出的激光束，通过照明针孔后成为点光源，经物镜成像在样品上为一个聚焦点，从聚焦点发出（或反射）的光反方向经物镜成像在探测器针孔处，也就是说，放置在探测器针孔后面的探测器只能接收来自聚焦点的光，减少了非聚焦处杂散光的干扰，从而提高获得图像的对比度。这就是一个点物体的共聚焦成像原理，需要配合对样品的逐点扫描才能实现样品的二维共聚焦成像。一般采用激光扫描技术实现对样品的二维扫描成像，即在光路中安装两个检流镜，其转动角度可控制，分别用于控制光束对样品进行X和Y方向的逐点扫描成像，以获得样品某个深度的共聚焦图像，改变载物台的轴向（Z方向）位置，并获得一系列样品不同深度的共聚焦图像，即可在不破坏样品的情况下对样品进行三维重建，实现样品的三维观察。LSCM的横向分辨率接近于普通显微镜的2倍，轴向分辨率可达到几百纳米。虽然如此，但由于存在共聚焦针孔，抑制了绝大部分的杂散光，使得探测器接收到信号很微弱，需要高灵敏度的光电倍增管PMT作为探测器，但其量子效率低，获得的图像信噪比低；另外，由于采用逐点扫描成像，成像时间长，结构也比较复杂，还需要高成本的激光作为光源。光学仪器第35卷

第1期陈木旺：浅谈共聚焦显微技术

光学显微技术篇4

【关键词】信息技术；数码生物显微镜；实验教学

随着社会经济迅速发展，各级政府对教育的投入也在不断增加，办学条件有了明显改善。目前，许多中学实验室里都添置了一些现代化的实验仪器，然而这些仪器大多数是长期摆放在橱窗里，只是在有人参观、考察时才得以体现其“价值”。这些价值不菲的仪器有着强大的功能，如果利用的好，能很好地弥补传统实验教学的不足，提高实验教学的效果。本文以数码生物显微镜在高中生物实验教学中的运用为例，谈谈在信息技术环境下，如何最大限度地发挥现代化实验仪器的作用，从而实现信息技术与中学实验课程的有效整合。

一、数码生物显微镜简介

数码生物显微镜是由生物显微镜主机+显微镜摄像头+数码显微镜接口+计算机组合而成的。数码生物显微镜主要用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养等的观察和研究，同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。在显微镜中看到的实物图像通过数模转换，使其成像在计算机上。数码生物显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功的一种高科技产品。

二、数码生物显微镜在高中生物实验教学中的运用

1.观察多种多样的细胞

用显微镜观察细胞的结构是中学阶段需要掌握的重要实验操作技能。在实际教学中，学生的积极性很高，但由于动手能力较差，再加上普通的光学显微镜成像质量不高，最终学生观察的图像往往是模糊不清。数码生物显微镜通过“光电图像转换装置”获得的图像可达到35万/130万/300万像素，图像清晰、线条细腻、色彩逼真，更便于学生观察。

数码生物显微镜不仅能更清楚地观察物体，还具有十字定位测量功能。十字线还可随观察物体颜色的变换而更改线条的颜色，这不仅便于教师对学生的指导，还可对微观物体大小进行测量，进而实现微观物体量化呈现。

2.探究培养液中酵母菌种群数量的变化

高中生物学课程标准“稳态与环境”模块将“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”列为活动建议。人教版和苏教版教材都安排了这一活动，但是在一些细节问题上，如酵母菌的抽样检测中的观察和计数，两个版本教材中的描述都不太具体，且缺乏直观的图解。如果利用好数码生物显微镜，就可以为学生增加一些直观的素材。教师可以在班级同学分组做这个实验前，亲自带领几位实验技能较好的同学先做一下。实验过程中每隔24小时利用血球计数板和数码生物显微镜进行抽样检测，调查酵母菌的种群数量。每次调查时在显微镜下找到一个理想的目标位置后进行拍摄，并对拍摄图片进行储存及处理，这不仅可以作为实验的数据进行对比，还能永久的保存下来作为一份有价值的教学资源，将来需要时可很方便地实现再现与共享。

3.观察黑藻细胞的细胞质流动

活细胞中的细胞质处于不断流动的状态，观察这一生命现象，可让学生认识到生命是运动的。观察细胞质的流动常以新鲜的黑藻为材料，用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。在实验课上，我们可以用普通的光学显微镜观察黑藻的细胞质流动。然而，实际教学中发现，效果往往不太理想，很多同学观察不到细胞质流动，特别是阴天、低温时做实验。针对这种情况，教师可以事先准备典型的示范装片，使用数码生物显微镜的录像功能来弥补。这种教师演示的视频资源可以重复使用，既可以让学生能看到细胞质快速流动的真实状况，也减轻了教师在不同教学班重复演示的负担。教师还可以增加录制不同条件下黑藻细胞质流动视频让学生观看、比较。这一做法，可以让学生认识到细胞质流动不仅是客观存在的，流动速度还是可变的。

4.构建互动式实验教学系统

传统生物实验教学中存在的一些问题，大致有以下几点：师生之间、同学之间缺乏交流与互动；现有的光学显微镜功能单一，教学内容局限性大；教师的指导都是个别的，也无法同时观察到全班同学的实验进展与现象等。

将普通生物实验室（或机房、语音室）重新改造，进行网络布线，把计算机、数码生物显微镜、光电图像转换装置等设备进行组网。然后，在教师机、学生机上安装各种应用软件（显微图像处理分析软件、互动网络教学软件等）即可构建起互动式实验教学系统。教师只需通过自己的教师电脑就可以查看全班学生的显微镜画面，学生也可以通过自己的学生电脑观察老师的演示操作，这使教学更直观、更方便。师生之间借助多向多媒体互动系统进行随意交流，教师与学生实现全面互动，使沟通更快捷、有效。如配上投影机，增加一些多媒体中控设备，就可以实现多媒体教学。

光学显微技术篇5

1化学分析方法

化学分析方法目的为充分了解尿路结石的复杂组成成分，从估计结石中含量最多的成分开始，逐步分析。尿路结石的化学成分化学分析方法可分为定性分析和定量分析。

1.1化学定性分析：是结合对结石外观表现的判断，对结石标本进行处理，通过尿结石与相应试剂的化学反应所产生特定的化学反应物，来判断结石标本成分构成。经典的化学定性分析法包括winer的点滴反应法及Beren的微量分析法，以及1978国内李永岚采用的重结晶法［2］。

1.2化学定量分析：是在化学定性分析的基础上，测定结石标本中特定的某一种物质的含量。较为常用的分析方法有EDTA滴定分析法、比色法、重量法、分光光度计法、火焰发射和原子吸收光谱法、气液色谱法、离子交换法等［3］。草酸钙在尿路结石的形成中有重要的作用，因此测定尿液中的草酸对尿路结石的防治方面具有指导价值。国内李瑛等采用错一偶氮肿褪色光度法测定尿样中草酸，该方法简便快速，在条件一般的实验室也能开展［4］。

化学分析法分析尿路结石成分优点在于快速、简便、费用低廉，但是均需要较多的结石样本量、需破坏结石体、只能测定少数几种成分，不能准确确定结石的晶体结构，仅适合实验室条件较差的基层医院开展。

2物理分析方法

尿路结石成分物理分析方法不仅可以测定结石的晶体成分来获知结石晶体形态和结构，还能通过定量或半定量的方法测定每种成分的具体含量［5］。常见的分析方法有红外光谱分析法、发射光谱分析法、X射线衍射分析法、热分析法等。

2.1红外光谱分析是通过应用红外分光技术检测结石分子的红外吸收光谱从而测定结石成分和含量的方法。目前国内应用的主要是傅里叶变换红外光谱法(FTIR)［6］。国内武警湖南总队医院宋光庆等［7］采用红外光谱法对516例尿路结石行定性及定量分析：定性分析时将所得样品红外光谱图与尿石成分谱库中标准谱图对照，根据特征峰频率、强度及峰宽等判断结石成分；定量分析采用校准曲线法，建立校准曲线回归方程后，根据定性分析结果选择适当的曲线行定量分析。得出结论红外光谱分析法对尿路结石中多种成分混合物的定性和定量分析是一种较理想的方法。红外光谱分析法有诸多优点：准确、快捷、方便；既可分析晶体成分，又可分析非晶体成分；既可分析有机化合物，又可分析无机化合物，而且使用样品少，已成为当今分析结石成分的主要手段。

2.2发射光谱分析是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法.利用元素原子自发发射过程中产生的发射光谱具有各向同性，发射光谱分析法可以直接分析尿路结石等固体试样。采用一个以上的光学监测系统来接受同一发光源产生的发射光谱，进而测量各元素特征光谱线的波长和强度，实现对结石的定性和定量分析［8］。2.3X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。X射线衍射分析灵敏度及精确度均较高，而且操作简便，能够快速完成结石成分分析。X射线衍射仪在当前已成为尿石结构研究的常用设备。在各种X射线衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法，尿路结石成分分析常用多晶X射线衍射方法中的粉末照相法和衍射仪法。衍射仪法能够测定连续相转变的试样，并允许在高温或低湿情况下操作，为目前晶体结构分析工作的主要方法。X射线衍射技术与红外光谱技术联合分析，能够更好发挥各自技术的优势，使分析结果更加准确［9］。

2.4热分析是指用热力学参数或物理参数随温度变化的关系进行分析的方法。通过研究分析结石在加热过程中发生的化学变化及吸热和放热的热效应可以测定尿路结石中的成分并精确定量。最常用的热分析方法有差热分析、热重量法、导数热重量法。Strates于1996年实验了热重法可用于泌尿系结石的定量分析。热分析法灵敏度较高，能准确测出1％～5％的含量，既能定性又能定量，且具有设备简单、经济、所需样品量少等优点，适合于一般实验室分析尿路结石使用［10］。

3微观构造分析

许多研究机构已开展显微镜技术对尿路结石细微结构进行观测，进而分析尿路结石成分。目前主要的微观分析技术有扫描电子显微镜技术、偏光显微镜技术、原子力显微镜技术。

3.1扫描电子显微镜扫描电镜是在加速电压的作用下，以电子射线代替光波，通过电磁透镜汇聚成一个细小的电子探针束，在试样表面做光栅状扫描，因而其分辨能力和放大倍数大为提高。它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，扫描电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。扫描电镜与光学显微镜、偏光显微结合使用，还可实现对尿路结石成分和尿路结石超微结构进行连续观察［11］。