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纳米级红外光谱:nanoIR 纳米红外光谱仪
从宏观、亚微米到纳米尺度的红外光谱
nanoIR 纳米红外光谱仪:
布鲁克公司是从宏观、亚微米到纳米尺度红外光谱(nanoIR)领域的世界。在纳米尺度下的物理和化学性质等测量方面,我们致力于为聚合物、二维材料、材料科学、生命科学和微电子工业等多个领域提供创新的产品和解决方案。
Anasys 纳米红外光谱仪(nanoIR) 已被多所大学、国家实验室和的化学/材料公司所采用。凭借高影响力和不断增长的研究成果,通过广大客户的实际应用,纳米红外光谱仪表现出了良好的易用性和高效性。
—纳米尺度红外光谱解决方案
纳米红外光谱系统(nanoIR系列)是美国Anasys仪器公司于2010年研发的基于原子力显微镜(AFM)的材料表征工具。其采用的光热诱导共振技术(PTIR,也称AFM-IR),使红外光谱的空间分辨率突破了光学衍射极限,提高至10纳米级别。在得到微区形貌,表面物理性能的基础上,进一步帮助研究人员全面解析样品表面纳米尺度的化学信息。
Anasys开创了纳米红外化学解析的新领域,由于超高空间分辨率的红外光谱采集和化学成分成像,被为近十来年光谱领域的技术进步。该技术曾荣获2010年度美国R&D100大奖。2016年Anasys发布了一代产品nanoIR2-FS,在广受欢迎的第二代纳米红外光谱系统的基础上实现快速扫描功能,光谱采集速度<3s/光谱;的轻敲模式纳米红外将空间分辨率提高至10nm以上,并大大提高红外成像速度,并使得较软的生物材料等软物质的化学成像实现质的飞跃。
NanoIR系列包含有一个原子力显微镜用于探测形貌及成像,除此之外,采用一个可调脉冲激光源照射样品,利用AFM针尖在纳米尺度下探测辐射吸收,获得纳米尺度红外光谱,特定波长下的扫描成像图为用户提供超高分辨率的组分分布。
NanoIR应用广泛,如聚合物共混物、薄至单层的薄膜、界面和表面、电纺纤维、细胞、细菌、淀粉质物质、半导体表面有机污染物等。
主要特点:
消除分析化学研究人员的担忧--与FTIR光谱吻合,没有吸收峰的任何偏移
基于保护的脉冲共振增强技术:实现单分子层超薄样品化学分析
技术实现智能的光路优化调整,无需担心光路偏差拖延你的实验进度
最准确的定性微区化学表征,得到美国国家标准局NIST, 橡树岭国家实验室等美国机构的认可
简单易用的操作,被三十多位企业用户和近百位学术界所选择
基于DI传承的多功能AFM实现纳米热学,力学,电学和磁学测量:
纳米热分析模块(nanoTA, SThM)
洛仑兹接触共振模块(LCR)
导电原子力显微镜镜(CAFM)
开尔文电势显微镜(KPFM)
磁力显微镜(MFM)
静电力显微镜(EFM)
AFM-IR技术:
图1 工作原理
nanoIR2-FS使用连续可调脉冲红外光源从侧面照射样品。样品吸收特定波长的辐射波,产生热量引发样品快速热膨胀,从而使AFM微悬臂产生共振震荡。震荡波以铃流的形式衰减。用傅里叶变换对铃流信号进行分析,获得振动的振幅和频率。通过建立微悬臂的振幅与光源波长的关系可得到局部吸收光谱(见图1)。AFM-IR光谱与传统FTIR光谱高度吻合,可使用传统的FTIR数据库进行分析(见图2)。
图2 聚苯乙烯的nanoIR谱图与FTIR谱图的对比
典型应用案例:
金基底上自组装的PEG单分子层的纳米化学研究
图3左上图为AFM形貌图,右上图为在1340cm-1下的红外吸收化学成像,可观察到几十纳米分辨率的化学组分分布。 下图为AFM-IR光谱。
图3 金基底上自组装的PEG单分子层的纳米化学研究
高分子共混物的化学组分研究
利用纳米红外AFM-IR对高抗冲聚丙烯共聚物(HIPP)三种不同微区组分进行成分鉴定和定量分析,1378cm-1处红外成像 (图4 c)显示橡胶粒子的硬核区域具有更强的红外吸收,表明其主要成分是聚丙烯,这是次获得聚丙烯是一些HIPP体系中橡胶粒子硬核的主要成分的直接证据。利用AFM-IR光谱和FTIR光谱的高度一致性,使用常规FTIR用标准的乙丙共聚、共混标样制作工作曲线,利用AFM-IR光谱对三种不同微区的组分进行定量分析。
Analysis of Nanodomain Composition in High-Impact Polypropylene by Atomic Force Microscopy-Infrared. Anal. Chem. 2016, 88, 4926?4930
图4高抗冲聚丙烯共聚物(HIPP)三种不同微区组分的研究
a HIPP结构示意图,b AFM形貌图, c 1378cm-1处红外成像, d 三个不同微区的AFM-IR光谱, e 利用FTIR制作定量分析的工作曲线, f 利用AFM-IR光谱和e工作曲线计算得到三个微区PE的含量。