Anasys nanoIR2-FS 快速扫描纳米红外光谱

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。其采用独有zl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，被公认为近十来年光谱领域最大的技术进步。该技术曾荣获2010年度美国R&D100大奖。2016年Anasys发布了最新一代产品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；zl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。

快速扫描纳米红外光谱FS—纳米尺度红外光谱解决方案   

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光谱完全吻合，没有吸收峰的任何偏移

基于zl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

zl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权威机构的认可

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，这是第一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

　　多功能光热诱导纳米红外光谱(简称纳米红外光谱，nanoIR)是美国Anasys仪器公司研发的一款基于AFM的材料表征工具，采用功能强大的AFM-IR技术，使红外光谱的空间分辨率提高至100nm以下，突破光学衍射极限，揭示样品在纳米尺度下的表面界面的化学信息。这项实验室解决方案荣获2010年度美国R&D100大奖。纳米红外光谱广泛的应用在大量软物质的研究中，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、淀粉质物质等。

　　多功能光热诱导纳米红外光谱二代(nanoIR2)—100nm以下纳米级红外光谱分析

　　美国Anasys公司的纳米红外光谱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(空间分辨率<100nm) 。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。

　　图1 纳米红外光谱二代工作原理

　　纳米红外光谱系列二代产品(nanoIR2)采用侧面入射光模式，大大简化制样过程，操作更加便捷，大大扩展了纳米红外光谱的使用范围。为了满足超薄薄膜的测试需求，独创zl技术-共振增强模式极大提高了纳米红外光谱的垂直灵敏度，使厚度20nm以下薄膜的光谱分析成为可能(见图1)。

　　纳米红外光谱广泛的应用在大量软质物质的研究中，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、淀粉质物质等。

　　生命科学领域的应用：

　　癌细胞局部的吸收光谱，氨基化合物I和II吸收带(1648, 1536cm-1)存在微小偏移

nanoIR2的主要特点：

• 简化制样过程，操作便捷

• 纳米级空间分辨率(<100nm)的光谱分析

• 高清晰红外吸收成像

• 快速光谱测试，每条谱线采集时间~10s

• 准确可解析的红外光谱，可以使用商业的IR数据库进行化学鉴定

• 超高垂直灵敏度，可以进行超薄薄膜和单层膜的光谱测试

• 多功能、互补的测试，可以获得纳米尺寸度下表面形貌、机械性能、热性和化学信息之间的相关性