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納米傅里葉紅外光譜儀Nano-FTIR
--具有10nm空間分辨率的納米級(jí)紅外光譜儀
現(xiàn)代化學(xué)的一大科研難題是如何實(shí)現(xiàn)在納米尺度下對(duì)材料進(jìn)行無(wú)損化學(xué)成分鑒定?，F(xiàn)有的一些高分辨成像技術(shù)，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(wèn)題，但是這些技術(shù)本身的化學(xué)敏感度太低，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化學(xué)納米分析的要求。而另一方面，紅外光譜具有很高的化學(xué)敏感度，但是其空間分辨率卻由于受到二分之一波長(zhǎng)的衍射極限限制，只能達(dá)到微米級(jí)別，因此也無(wú)法進(jìn)行納米級(jí)別的化學(xué)鑒定。
Neaspec公司的Nano-FTIR技術(shù)
Neaspec公司利用其獨(dú)有的散射型近場(chǎng)光學(xué)技術(shù)發(fā)展出來(lái)的nano-FTIR-納米傅里葉紅外光譜技術(shù)，使得納米尺度化學(xué)鑒定和成像成為可能。這一技術(shù)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(xué)敏感度，因此可以在納米尺度下實(shí)現(xiàn)對(duì)幾乎所有材料的化學(xué)分辨?，F(xiàn)代化學(xué)分析的新時(shí)代從此開(kāi)始。
Neaspec公司的散射型近場(chǎng)技術(shù)通過(guò)干涉性探測(cè)針尖掃描樣品表面時(shí)的反向散射光，同時(shí)得到近場(chǎng)信號(hào)的光強(qiáng)和相位信號(hào)。當(dāng)使用寬波紅外激光照射AFM針尖時(shí)，即可獲得針尖下方10nm區(qū)域內(nèi)的紅外光譜，即nano-FTIR。
Nano-FTIR 光譜與標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)吸收光譜所體現(xiàn)的分子指紋特征與使用傳統(tǒng)FTIR光譜儀獲得的分子指紋特征吻合度極高（見(jiàn)圖2），這在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要意義，因?yàn)檠芯空呖梢詫ano-FTIR光譜與已經(jīng)廣泛建立的傳統(tǒng)FTIR光譜數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的進(jìn)行納米尺度下的材料化學(xué)分析。對(duì)化學(xué)成分的高敏感度與超高的空間分辨率的結(jié)合，使得nano-FTIR成為納米分析的獨(dú)特工具。
主要技術(shù)參數(shù)配置：
· 反射式 AFM-針尖照明 · 高性能近場(chǎng)光譜顯微優(yōu)化的探測(cè)模塊 · **保護(hù)的無(wú)背景探測(cè)技術(shù) · 基于優(yōu)化的傅里葉變換光譜儀 · 采集速率： Up to 3 spectra /s | · 標(biāo)準(zhǔn)光譜分辨率: 6.4/cm · 可升級(jí)光譜分辨率：3.0/cm · 適合探測(cè)區(qū)間：可見(jiàn)，紅外(0.5 – 20 μm) · 包括可更換分束器基座 · 適用于同步輻射紅外光源 NEW!!! |
部分應(yīng)用案例：
■ 納米尺度污染物的化學(xué)鑒定
nano-FTIR 可以應(yīng)用到對(duì)納米尺度樣品污染物的化學(xué)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(gè)100nm尺寸的污染物，但是其化學(xué)成分無(wú)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(xué)成分。通過(guò)對(duì)nano-FTIR獲得的吸收譜線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)FTIR數(shù)據(jù)庫(kù)中譜線(xiàn)進(jìn)行比對(duì)，可以確定污染物為PDMS顆粒。
圖 2. 使用nano-FTIR對(duì)納米尺度污染物的化學(xué)鑒定。AFM表面形貌圖像 (左)， 在Si片基體（暗色區(qū)域Ｂ）與PMMA薄膜（Ａ）之間可以觀(guān)察到一個(gè)小的污染物。機(jī)械相位圖像中（中），對(duì)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(zhì)。將點(diǎn)Ａ和Ｂ的nano-FTIR 吸收光譜（右），與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比， 獲得各部分物質(zhì)的化學(xué)成分信息. 每條譜線(xiàn)的采集時(shí)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(xiàn). Huth， A. Govyadinov， S. Amarie， W. Nuansing， F. Keilmann， R. Hillenbrand，Nanoletters 12， p. 3973 (2012)
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南京大學(xué) | 中山大學(xué) |
首都師范大學(xué) | 蘇州大學(xué) |
University of San Diego，USA | University of Southampton， UK |
CIC nanoGUNE San Sebastion， Spain | LBNL Berkeley， USA |
Fraunhofer Institut ILT Aachen， Germany | Max-Planck-Institut of Quantum Optics， Garching， Germany |
University of Bristol， UK | RWTH Aachen， Germany |
California State University Long Beach， USA…… | |
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