納米級(jí)紅外光譜:nanoIR 納米紅外光譜儀

從宏觀、亞微米到納米尺度的紅外光譜

nanoIR 納米紅外光譜儀：

布魯克公司是從宏觀、亞微米到納米尺度紅外光譜（nanoIR）領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)者。在納米尺度下的物理和化學(xué)性質(zhì)等測(cè)量方面，我們致力于為聚合物、二維材料、材料科學(xué)、生命科學(xué)和微電子工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域提供創(chuàng)新的產(chǎn)品和解決方案。

Anasys 納米紅外光譜儀（nanoIR) 已被多所知名大學(xué)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和全球領(lǐng)先的化學(xué)/材料公司所采用。憑借高影響力和不斷增長(zhǎng)的研究成果，通過(guò)廣大客戶的實(shí)際應(yīng)用，納米紅外光譜儀表現(xiàn)出了良好的易用性和高效性。

快速掃描納米紅外光譜Anasys nanoIR2-FS

                 —納米尺度紅外光譜解決方案 

納米紅外光譜系統(tǒng)（nanoIR系列）是美國(guó)Anasys儀器公司于2010年研發(fā)的基于原子力顯微鏡（AFM）的材料表征工具。其采用獨(dú)有專利的光熱誘導(dǎo)共振技術(shù)（PTIR，也稱AFM-IR），使紅外光譜的空間分辨率突破了光學(xué)衍射極限，提高至10納米級(jí)別。在得到微區(qū)形貌，表面物理性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步幫助研究人員全面解析樣品表面納米尺度的化學(xué)信息。

Anasys開(kāi)創(chuàng)了納米紅外化學(xué)解析的新領(lǐng)域，由于超高空間分辨率的紅外光譜采集和化學(xué)成分成像，被公認(rèn)為近十來(lái)年光譜領(lǐng)域最大的技術(shù)進(jìn)步。該技術(shù)曾榮獲2010年度美國(guó)R&D100大獎(jiǎng)。2016年Anasys發(fā)布了最新一代產(chǎn)品nanoIR2-FS，在廣受歡迎的第二代納米紅外光譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)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，并大大提高紅外成像速度，并使得較軟的生物材料等軟物質(zhì)的化學(xué)成像實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

NanoIR系列包含有一個(gè)原子力顯微鏡用于探測(cè)形貌及成像，除此之外，采用一個(gè)可調(diào)脈沖激光源照射樣品，利用AFM針尖在納米尺度下探測(cè)輻射吸收，獲得納米尺度紅外光譜，特定波長(zhǎng)下的掃描成像圖為用戶提供超高分辨率的組分分布。

NanoIR應(yīng)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(xì)胞、細(xì)菌、淀粉質(zhì)物質(zhì)、半導(dǎo)體表面有機(jī)污染物等。

主要特點(diǎn)：

消除分析化學(xué)研究人員的擔(dān)憂--與FTIR光譜完全吻合，沒(méi)有吸收峰的任何偏移

基于專利保護(hù)的脈沖共振增強(qiáng)技術(shù)：實(shí)現(xiàn)單分子層超薄樣品化學(xué)分析

專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能的光路優(yōu)化調(diào)整，無(wú)需擔(dān)心光路偏差拖延你的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度

最準(zhǔn)確的定性微區(qū)化學(xué)表征，得到美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局NIST, 橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可

簡(jiǎn)單易用的操作，被三十多位企業(yè)用戶和近百位學(xué)術(shù)界所選擇

基于DI傳承的多功能AFM實(shí)現(xiàn)納米熱學(xué)，力學(xué)，電學(xué)和磁學(xué)測(cè)量：

納米熱分析模塊（nanoTA, SThM）

洛侖茲接觸共振模塊（LCR）

導(dǎo)電原子力顯微鏡鏡（CAFM）

開(kāi)爾文電勢(shì)顯微鏡（KPFM）

磁力顯微鏡（MFM）

靜電力顯微鏡（EFM）

AFM-IR技術(shù):

圖1 工作原理

nanoIR2-FS使用連續(xù)可調(diào)脈沖紅外光源從側(cè)面照射樣品。樣品吸收特定波長(zhǎng)的輻射波，產(chǎn)生熱量引發(fā)樣品快速熱膨脹，從而使AFM微懸臂產(chǎn)生共振震蕩。震蕩波以鈴流的形式衰減。用傅里葉變換對(duì)鈴流信號(hào)進(jìn)行分析，獲得振動(dòng)的振幅和頻率。通過(guò)建立微懸臂的振幅與光源波長(zhǎng)的關(guān)系可得到局部吸收光譜(見(jiàn)圖1)。AFM-IR光譜與傳統(tǒng)FTIR光譜高度吻合，可使用傳統(tǒng)的FTIR數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析（見(jiàn)圖2）。

圖2 聚苯乙烯的nanoIR譜圖與FTIR譜圖的對(duì)比

典型應(yīng)用案例：

金基底上自組裝的PEG單分子層的納米化學(xué)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(xué)成像，可觀察到幾十納米分辨率的化學(xué)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(xué)研究

高分子共混物的化學(xué)組分研究

利用納米紅外AFM-IR對(duì)高抗沖聚丙烯共聚物（HIPP）三種不同微區(qū)組分進(jìn)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(qū)域具有更強(qiáng)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(jù)。利用AFM-IR光譜和FTIR光譜的高度一致性，使用常規(guī)FTIR用標(biāo)準(zhǔn)的乙丙共聚、共混標(biāo)樣制作工作曲線，利用AFM-IR光譜對(duì)三種不同微區(qū)的組分進(jìn)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高抗沖聚丙烯共聚物（HIPP）三種不同微區(qū)組分的研究

a HIPP結(jié)構(gòu)示意圖，b AFM形貌圖, c 1378cm-1處紅外成像, d 三個(gè)不同微區(qū)的AFM-IR光譜, e 利用FTIR制作定量分析的工作曲線, f 利用AFM-IR光譜和e工作曲線計(jì)算得到三個(gè)微區(qū)PE的含量。