What isFireFly?
FireFly 是一款用于快速多元素分析和化學(xué)成像的分析儀器
FireFly 采用了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS） —— 當(dāng)今zui有前景的元素分析技術(shù)之一
使FireFly適用于所有固體樣品，待測(cè)物無需前處理，近乎無損傷測(cè)量，一次測(cè)量可獲取樣品所有元素信息
應(yīng)用領(lǐng)域
●土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評(píng)估土壤肥力和污染情況。
●地質(zhì)勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究。
●金屬材料檢測(cè)：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制。
●環(huán)境監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評(píng)估環(huán)境污染。
●生物材料分析：測(cè)定生物樣本（如毛發(fā)、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫(yī)學(xué)研究。
●植物分析：用于植物組織中元素含量的測(cè)定，幫助研究植物營養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫下的反應(yīng)和耐受性。
技術(shù)原理
利用脈沖激光在待測(cè)樣品表面激發(fā)產(chǎn)生等離子體，通過等離子體發(fā)射的光譜波長和強(qiáng)度信息，分別獲得待測(cè)元素的種類和含量信息。
FireFly功能特色
◆一次測(cè)量獲取所有元素信息
◆Mapping功能獲取元素分布2D成像圖譜
◆自動(dòng)獲取樣品不同深度的元素含量和組成差異
FireFly 規(guī)格
該表包含了通用的系統(tǒng)參數(shù)
定制化配置參數(shù)會(huì)有所差異
電動(dòng)平臺(tái) | 行程 參數(shù) | 100 × 100 × 70 (X × Y × Z) mm. 微步<1 μm / 全 步 5 μm , 移 速 20 mm/s. |
樣品室 | 空間大小 樣品夾類型 | 100 × 100 × 70 mm （允許不規(guī)則形狀樣品）. 通用樣品夾 定制樣品夾. |
視場(chǎng) | 樣品視場(chǎng) 載物臺(tái)視場(chǎng) | 物鏡電動(dòng)控制和轉(zhuǎn)換 變焦物鏡，全局快門+ 觸發(fā)輸入 |
激光聚焦 | 鏡頭 光斑大小 | 宏觀鏡頭, f = 75 mm, AR for 266/532/1064 nm. 非球面微聚焦鏡頭, f = 20 mm, AR for 266/532/1064 nm. 20–150 μm. |
激光器 | 類型 波長 控制 | 二極管泵浦固體激光器 1064 nm | 532 nm | 266 nm 波長電動(dòng)切換、能量控制調(diào)節(jié). |
光譜儀 | 類型 參數(shù) | Czerny-Turner or Echelle; 180-1100 nm. CCD/CMOS or 增強(qiáng)型檢測(cè)器, up to 100 Hz full frame,<10 ns gate width. |
同步器 | 輸出 | TTL 輸出, 精 度 < 10 ns. |
氣體模塊 | 吹氣單元 抽氣單元 | 連續(xù)或觸發(fā)式惰性氣體吹氣. 帶可變過濾器的主動(dòng)氣體 / 灰塵提取系統(tǒng). |
配件 | 校準(zhǔn)燈 | Hg-Ar line lamp (獨(dú)立單元). |
控制 | 硬件 軟件 | PC, LCD, 鍵盤, 鼠 標(biāo) . 控 制 軟 件+ Lightigo ImageLabSW 具有交互式光譜 / 化學(xué)圖窗口、用戶配置文件、多點(diǎn) / 線掃描 / Mapping模式、定量測(cè)量、元素?cái)?shù)據(jù)庫（NIST、LIBS等） |
運(yùn)行環(huán)境 | 電源 保護(hù) 工作環(huán)境 | 110-240V 50/60Hz 10A. 安全鎖, 激光防護(hù)觀測(cè)窗 室內(nèi), 10-30 °C. |
尺寸和重量 | W × D × H Weight | 720 × 940 × 1500 mm. 300 kg. |
FireFly LIBS應(yīng)用于生物免疫化學(xué)檢測(cè)：
圖1. 具有（BT - 474）和不具有（MDA - MB - 231）HER2 受體的細(xì)胞沉淀的LIBS 成像圖
利用LIBS技術(shù)對(duì)含釔（Y ll 437.49 nm）元素的標(biāo)記物進(jìn)行2D成像檢測(cè)，以替代免疫組織化學(xué)（IHC）和免疫細(xì)胞化學(xué)（ICC）等傳統(tǒng)癌細(xì)胞標(biāo)記檢測(cè)方法，突破原有生物標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)的有用標(biāo)記范圍和低多重檢測(cè)能力的限制，有望利用不同的 NPs 標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)記多重檢測(cè)等應(yīng)用。
LIBS技術(shù)應(yīng)用于寶石鑒定：
圖2. 左圖為藍(lán)寶石、紅寶石和祖母綠中Be和Al的檢測(cè)；右圖為各種寶石由FireFly 檢測(cè)到的各元素光譜信息
天然形成的黃色、橙色、粉橙色的藍(lán)寶石很稀有，市場(chǎng)價(jià)格很高。部分人員通過在氧氣環(huán)境中高溫下將鈹擴(kuò)散到紅寶石和藍(lán)寶石中，形成虛假的變色寶石。利用 LIBS 技術(shù)對(duì)寶石進(jìn)行檢測(cè)，能夠同時(shí)檢測(cè)到每一種感興趣的元素，從而獲得寶石成分的完整信息，可用于真假寶石的鑒定。
利用 LIBS 技術(shù)對(duì)混凝土中氯的定量分析
圖3. 混凝土樣品CI的校準(zhǔn)模型（氯的濃度范圍為 0.06 wt.% - 1.71 wt.%）
鋼筋混凝土是土木工程的主要材料，廣泛應(yīng)用于橋梁、高速公路、道路、隧道或海洋結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)的任何較大損壞都會(huì)影響交通甚至正常生活，因此預(yù)防這些情況并延長其使用壽命非常重要。其中鋼筋混凝土面臨的蕞大危險(xiǎn)是腐蝕，而由氯擴(kuò)散到鋼筋引起的氯腐蝕和由二氧化碳引起的碳腐蝕是主要腐蝕源。通過使用LIBS校準(zhǔn)模型可以對(duì)氯進(jìn)行定量測(cè)定，該結(jié)果有助于研究氯隨時(shí)間在材料中的擴(kuò)散情況，從而及時(shí)做出反應(yīng)并預(yù)防嚴(yán)重?fù)p壞。
地質(zhì)與礦石鑒定——FireFly檢測(cè)鋰礦空間分布
圖4. 鋰的特征光譜Li I 610.36 nm 和Li I 670.78 nm（左圖）；鋰在偉晶巖表面的空間分布（右圖）
鋰可存在于多種礦物中，但僅有一部分在經(jīng)濟(jì)上可用于采礦，主要的富鋰礦物是偉晶巖中的鋰云母或鋰輝石，另一個(gè)重要來源是鹵水。測(cè)量鋰元素對(duì)幾乎所有分析技術(shù)來說都是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，但對(duì) LIBS 來說并非如此，上圖揭示了FireFly對(duì)鋰礦進(jìn)行鑒定和空間定量分析的應(yīng)用效果。
FireFly在植物毒理學(xué)研究中的應(yīng)用
圖5：左圖為da麻幼苗在5μ/20μmol?dm?3的CdCl2?2.5H2O溶液中生長的樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖；右圖為白芥暴露于含鎘化合物后樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖。
過去幾十年工業(yè)生產(chǎn)的增長導(dǎo)致重金屬（以及近期的納米顆粒等）污染程度增加，土壤中的這些污染物對(duì)生長在其中的植物構(gòu)成巨大威脅。對(duì)于工業(yè)作物，這種污染會(huì)顯著影響產(chǎn)量；對(duì)于糧食作物，它會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生重大影響。如圖對(duì)植物進(jìn)行鎘毒性測(cè)試，F(xiàn)ireFly可以清晰獲取鎘元素在da麻和白芥幼苗中的相對(duì)分布圖。
FireFly在腫瘤醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用
圖6：皮膚黑色素瘤的Ca、Mg、Na元素分布圖；
皮膚是人體蕞大的器官，起著保護(hù)身體免受外部影響的作用。許多腫瘤可以在皮膚上形成，皮膚惡性腫瘤是蕞常見的癌癥之一，但死亡率非常低，因此頻繁的預(yù)防至關(guān)重要。研究人員發(fā)現(xiàn)，癌癥感染的組織會(huì)改變細(xì)胞的形狀和化學(xué)成分，這些變化可以通過 LIBS 觀察到，其中生物元素的成像提供了有關(guān)軟組織元素分布的信息。
FireFly應(yīng)用于小鼠牙齒和骨骼的元素分析
圖7：小鼠牙齒和骨骼Ca、Mg、Pb、Sr元素分布圖；
對(duì)硬組織（牙齒和骨骼）的分析是考古學(xué)、人類學(xué)、法醫(yī)分析和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等許多領(lǐng)域的重要組成部分。這些分析的結(jié)果可以提供有關(guān)個(gè)體的年齡、性別、健康、飲食、起源地和遷移等信息?？梢酝ㄟ^多種分析方法獲得這些信息，例如 LIBS技術(shù)。上圖即為FireFly獲取的小鼠牙齒和骨骼Ca、Mg、Pb、Sr元素分布圖。
1. PO?íZKA, Pavel. Laser - induced breakdown spectroscopy as a readout method for immunocytochemistry with upconversion nanoparticles [online]
2. BUDAY, Jakub. Imaging laser - induced plasma under different laser irradiances [online]
3. Kate?ina. Imaging margins of skin tumors using laser - induced breakdown spectroscopy and machine learning [online].
