Anasys nanoIR2-FS 快速掃描納米紅外光譜

快速掃描納米紅外光譜FS—納米尺度紅外光譜解決方案

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納米紅外光譜系統(nanoIR系列)是美國Anasys儀器公司於2010年研發的基於原子力顯微鏡(AFM)的材料表征工具。其采用獨有專利的光熱誘導共振技術(PTIR,也稱AFM-IR),使紅外光譜的空間分辨率突破了光學衍射極限,提高至10納米級別。在得到微區形貌,表面物理性能的基礎上,進一步幫助研究人員全面解析樣品表面納米尺度的化學信息。

Anasys開創了納米紅外化學解析的新領域,由於超高空間分辨率的紅外光譜采集和化學成分成像,被公認為近十來年光譜領域最大的技術進步。該技術曾榮獲2010年度美國R&D100大獎。2016年Anasys發布了最新一代產品nanoIR2-FS,在廣受歡迎的第二代納米紅外光譜系統的基礎上實現快速掃描功能,光譜采集速度<3s/光譜;專利的輕敲模式納米紅外將空間分辨率提高至10nm以上,並大大提高紅外成像速度,並使得較軟的生物材料等軟物質的化學成像實現質的飛躍。


快速掃描納米紅外光譜FS

              —納米尺度紅外光譜解決方案   


NanoIR系列包含有一個原子力顯微鏡用於探測形貌及成像,除此之外,采用一個可調脈衝激光源照射樣品,利用AFM針尖在納米尺度下探測輻射吸收,獲得納米尺度紅外光譜,特定波長下的掃描成像圖為用戶提供超高分辨率的組分分布。

NanoIR應用廣泛,如聚合物共混物、薄至單層的薄膜、界面和表面、電紡纖維、細胞、細菌、澱粉質物質、半導體表面有機汙染物等。

主要特點:

  • 消除分析化學研究人員的擔憂--與FTIR光譜完全吻合,沒有吸收峰的任何偏移
  • 基於專利保護的脈衝共振增強技術:實現單分子層超薄樣品化學分析
  • 專利技術實現智能的光路優化調整,無需擔心光路偏差拖延你的實驗進度
  • 最準確的定性微區化學表征,得到美國國家標準局NIST, 橡樹嶺國家實驗室等美國權威機構的認可
  • 簡單易用的操作,被三十多位企業用戶和近百位學術界所選擇
  • 基於DI傳承的多功能AFM實現納米熱學,力學,電學和磁學測量:
  • 納米熱分析模塊(nanoTA, SThM)
  • 洛侖茲接觸共振模塊(LCR)
  • 導電原子力顯微鏡鏡(CAFM)
  • 開爾文電勢顯微鏡(KPFM)
  • 磁力顯微鏡(MFM)
  • 靜電力顯微鏡(EFM)
     


AFM-IR技術:

 


圖1 工作原理



nanoIR2-FS使用連續可調脈衝紅外光源從側面照射樣品。樣品吸收特定波長的輻射波,產生熱量引發樣品快速熱膨脹,從而使AFM微懸臂產生共振震蕩。震蕩波以鈴流的形式衰減。用傅裏葉變換對鈴流信號進行分析,獲得振動的振幅和頻率。通過建立微懸臂的振幅與光源波長的關系可得到局部吸收光譜(見圖1)。AFM-IR光譜與傳統FTIR光譜高度吻合,可使用傳統的FTIR數據庫進行分析(見圖2)。

 

圖2 聚苯乙烯的nanoIR譜圖與FTIR譜圖的對比

 


典型應用案例:

金基底上自組裝的PEG單分子層的納米化學研究

圖3左上圖為AFM形貌圖,右上圖為在1340cm-1下的紅外吸收化學成像,可觀察到幾十納米分辨率的化學組分分布。 下圖為AFM-IR光譜。


 

圖3 金基底上自組裝的PEG單分子層的納米化學研究

 

高分子共混物的化學組分研究

利用納米紅外AFM-IR對高抗衝聚丙烯共聚物(HIPP)三種不同微區組分進行成分鑒定和定量分析,1378cm-1處紅外成像 (圖4 c)顯示橡膠粒子的硬核區域具有更強的紅外吸收,表明其主要成分是聚丙烯,這是第一次獲得聚丙烯是一些HIPP體系中橡膠粒子硬核的主要成分的直接證據。利用AFM-IR光譜和FTIR光譜的高度一緻性,使用常規FTIR用標準的乙丙共聚、共混標樣製作工作曲線,利用AFM-IR光譜對三種不同微區的組分進行定量分析。

Analysis of Nanodomain Composition in High-Impact Polypropylene by Atomic Force Microscopy-Infrared.  Anal. Chem. 2016, 88, 4926?4930

 

 

圖4高抗衝聚丙烯共聚物(HIPP)三種不同微區組分的研究

a HIPP結構示意圖,b AFM形貌圖, c 1378cm-1處紅外成像, d 三個不同微區的AFM-IR光譜, e 利用FTIR製作定量分析的工作曲線, f 利用AFM-IR光譜和e工作曲線計算得到三個微區PE的含量


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