Neaspec納米傅里葉紅外光譜儀

Neaspec納米傅里葉紅外光譜儀
Neaspec
Neaspec

　　納米傅里葉紅外光譜儀Nano-FTIR

　　------具有20nm空間分辨率的納米級紅外光譜儀

　　現代化學的一大科研難題是如何實現在納米尺度下對材料進行無損化學成分鑒定。現有的一些高分辨成像技術，如電鏡或掃描探針顯微鏡等，在一定程度上可以有限的解決這一問題，但是這些技術本身的化學敏感度太低，已經無法滿足現代化學納米分析的要求。而另一方面，紅外光譜具有很高的化學敏感度，但是其空間分辨率卻由于受到二分之一波長的衍射極限限制，只能達到微米級別，因此也無法進行納米級別的化學鑒定。

　　Neaspec公司的Nano-FTIR技術

　　現在Neaspec公司利用其獨有的散射型近場光學技術發展出來的nano-FTIR-納米傅里葉紅外光譜技術，使得納米尺度化學鑒定和成像成為可能。這一技術綜合了原子力顯微鏡的高空間分辨率，和傅里葉紅外光譜的高化學敏感度，因此可以在納米尺度下實現對幾乎所有材料的化學分辨。現代化學分析的新時代從此開始。

　　Neaspec公司的散射型近場技術通過干涉性探測針尖掃描樣品表面時的反向散射光，同時得到近場信號的光強和相位信號。當使用寬波紅外激光照射AFM針尖時，即可獲得針尖下方10nm區域內的紅外光譜，即nano-FTIR.

　　近場光譜探測模塊 (nanoFTIR)

　　圖一: nano-FTIR工作原理. 將一束寬帶中紅外激光耦合進入近場顯微鏡（NeaSNOM），對AFM針尖進行照明， 通過一套包含分束器、參考鏡和探測器在內的傅里葉變換光譜儀對反向散射光分析，獲得nano-FTIR光譜。

　　Nano-FTIR 光譜與標準FTIR光譜高度吻合

　　在不使用任何模型矯正的條件下，nano-FTIR獲得的近場吸收光譜所體現的分子指紋特征與使用傳統FTIR光譜儀獲得的分子指紋特征吻合度極高（見圖2），這在基礎研究和實際應用方面都具有重要意義，因為研究者可以將nano-FTIR光譜與已經廣泛建立的傳統FTIR光譜數據庫中的數據進行對比，從而實現快速準確的進行納米尺度下的材料化學分析。對化學成分的高敏感度與超高的空間分辨率的結合，使得nano-FTIR成為納米分析的獨特工具。

　　應用案例

　　nano-FTIR 可以應用到對納米尺度樣品污染物的化學鑒定上。圖3顯示的Si表面覆蓋PMMA薄膜的橫截面AFM成像圖，其中AFM相位圖顯示在Si片和PMMA薄膜的界面存在一個100nm尺寸的污染物，但是其化學成分無法從該圖像中判斷。而使用nano-FTIR在污染物中心獲得的紅外光譜清晰的揭示出了污染物的化學成分。通過對nano-FTIR獲得的吸收譜線與標準FTIR數據庫中譜線進行比對，可以確定污染物為PDMS顆粒。

　　圖 3: 使用nano-FTIR對納米尺度污染物的化學鑒定。AFM表面形貌圖像 (左), 在Si片基體（暗色區域Ｂ）與PMMA薄膜（Ａ）之間可以觀察到一個小的污染物。機械相位圖像中（中），對比度變化證明該污染物的是有別于基體和薄膜的其他物質。將點Ａ和Ｂ的nano-FTIR 吸收光譜（右），與標準紅外光譜數據庫對比， 獲得各部分物質的化學成分信息. 每條譜線的采集時間為7min, 光譜分辨率為13 cm-1.

　　Further Reading:

　　"Nano-FTIR absorption spectroscopy of molecular fingerprints at 20 nm spatial resolution.,”,

　　F. Huth, A. Govyadinov, S. Amarie, W. Nuansing, F. Keilmann, R. Hillenbrand,

　　Nanoletters 12, p. 3973 (2012)

 

信噪比：80:1；

分辨率：空間：20nm，光譜：3.0cm-1；

掃描速度：3 spectra/s；

波數范圍：500-20000；