快速扫描纳米红外光谱Anasys nanoIR2-FS

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。其采用独有专利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；专利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(nanoIR2-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

• 基于专利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

• 专利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