Совмещенные Атомные Микроскопия Усилия & Спектроскопия Raman - TERS и Co-Размещаемые Системы AFM-Raman

AZoNano

Содержание

Введение
Атомная Микроскопия Усилия
Спектроскопия Raman
Следующий Шаг
Разрешения для Совмещенного Подхода
Co-Локализованные Измерения AFM и Raman
     Пример Одно
     Пример 2
Настроение для TERS: РАДУЖКА Innova
Заключение
О Bruker

Введение

Атомные микроскопия усилия и спектроскопия Raman оба метода который использованы для того чтобы получить данные о поверхностных свойствах образца, хотя их соответственно база пользователей вообще довольно друг. Внедрение этих технологий обеспечивает что его можно использовать для разнообразие применений. Это примечание по применению смотрит оба на комплементарной информации приобретенной от обоих методов и как исследователь который имеет доступ к совмещенной системе может извлекало пользу дополнительная информация доступная.

Атомная Микроскопия Усилия

В атомной микроскопии усилия, острый зонд принесен близко к образцу и придержан на том расстоянии используя усили-основанную цепь обратной связи. Усилие на котором основная цепь обратной связи основана, электрическое течение, поверхностный потенциал и специфические nanomechanical свойства можно измерить. Путем просматривать образец и подсказку по отношению к одину другого и измерять эти количества на дискретных положениях в последовательном образе, трехмерные изображения выбранных свойств образца можно создаться. Атомное настроение микроскопа (AFM) усилия показано в Диаграмме 1.

Показанная Диаграмма 1. самые основные части системы AFM, подсказки, механизма развертки растра, и блока введенной информачии.

Спектроскопия Raman

Изучение взаимодействия электромагнитного излучения с делом как спектроскопия. Самые общие виды флуоресцирование, инфракрасный, и Raman. В эксперименте по Raman, однокрасочный свет сфокусирован на образце и неупругий разбросанный свет обнаружен. Raman спектрометр часто использован вместе с оптически микроскопом извлекал пользу высокое пространственное разрешение которое confocal оптически настроение может обеспечить. Главным образом компоненты дисперсивного настроения Raman лазер освещая образец, оптика для того чтобы собрать backscattered радиацию, линия фильтр лазера высокой эффективности сброса, и спектрометр с входной щелью, диффракционной решеткой и камерой CCD. Основная схема простого спектрометра Raman показана в Диаграмме 2.

Диаграмма 2. Схема спектрометра Raman. Образец загоран однокрасочным источником света. После проходить через фильтр излучая лазерный луч он разметан grating и imaged на обломок CCD.

На Диаграмму 3 показано спектр Raman принятый на один из слоев крест-распределенной части материала упаковки для unfrosted животных шутих используя микроскоп SENTERRA Raman Bruker.

Диаграмма 3. Спектр (чернота) слоя спектра упаковочного материала и словесности упаковки еды для Поли пропилена (красного).

Когда спектр сравнен с базой данных словесности, его можно заключить что один из слоев Полипропилен. Не возможно определить nanomechanical характеристики слоя. Но когда образец перенесен от SENTERRA до Мультимодные 8 AFM имея характеристику Пикового Усилия Выстукивая, квантификация параметров как модуль и прилипание возможна. Приводя к данные по модуля от AFM показаны в Диаграмме 4.

Диаграмма 4. карта Модуля крест-распределенного упаковочного материала упаковки еды на левой стороне. Наружные слои определены данными по Raman как полипропилен. Данные по AFM прибавлять на квантификация механически свойств. Крест - секционный график на праве выделяет падение в модуле от наружной к внутреннему слою и показывает некоторые частицы в среднем слое показывая более высокий модуль чем матрица.

Следующий Шаг

Возможно приобрести оптически карту вместе с топографией и типичными атомными данными по микроскопии усилия путем использование соответствующей подсказки AFM. Общее настроение для линейных и нелинейных подсказк-помогать спектроскопий показано в Диаграмме 5. Примеры для соответствующего AFMs включают Катализатор и Innova Bruker для прозрачных и non-прозрачных образцов соответственно.

Диаграмма 5. настроение Дженерала для линейных и нелинейных подсказк-помогать спектроскопий.

Когда выбраны соответствующие свет и подсказка случая сочетание из, сильное электромагнитное поле сформировано на вершине подсказки. На Диаграмму 6 показано что повышение поля подсказкой двукратно. Это повышение поля обеспечивает что спектроскопия Raman сделана возможной на маштабе нанометра.

Диаграмма 6. повышение Поля подсказкой.

В фармацевтической промышленности, возникновение полиморфов, которое такие же химические составы но в различной кристаллической решетке, может быть критическим для свойства снадобья. Спектроскопия Raman использована для того чтобы изучить полиморфизм, и локализацию co с несколькими методов AFM которые могут увеличить урожайность унесенного исследования.

Разрешения для Совмещенного Подхода

Пока использующ совмещенную аппаратуру, важно не скомпрометировать представление того. 2 типичных фактора, котор нужно рассматривать включают следующее.

  1. Для того чтобы держать шум фотодетектора в AFM низкие, типичные системы луч-прыжока в AFM работают в красном цвете с силой около 1mW, которое переводит к 3x1018 фотонам/во-вторых. Для того чтобы позволить параллельно, одновременную деятельность спектрометра и AFM, длина волны системы луч-прыжока AFM необходимо поэтому или изменить к близко-ИК для того чтобы не помешать с оптически измерениями или non-оптически системой с обратной связью как настраивать - вилки необходимо использовать.
  2. Системы Спектрометра часто используют несколько лазеров которые могут быть охлажены шумными внешними вентиляторами или системами охлаждения воды или излучать довольно количество жары в близости AFM. Оба из этих влияний могут отрицательно плотно сжать представление AFM. Шум от вентиляторов топления может соединить в AFM и результат в нестабильностях в цепи обратной связи. Изменения Температуры приведут к в AFM для того чтобы перемещаться и сделают его очень грубым для того чтобы держать подсказку в выбранном поле зрения.

Препоны, котор включили в совмещать микроскоп Raman и AFM фактически делают другое физическое разрешение жизнеспособным. То этап челнока конструированный для того чтобы перенести образцы от одного к другой аппаратуре с возможностью для того чтобы зарегистрировать их к общей системе координат. Этап челнока также имеет потенциальное преимущество позволять для увеличенной урожайности по мере того как обе аппаратуры можно использовать одновременно.

Разрешение интегрируя Икону Размера Bruker ведущую в отрасли с LabRam Horiba достигает co-локализации данных и обеспечивает высокую эффективность обеих систем.

Этап Иконы Размера двигает образец взад и вперед между головкой AFM на левой стороне и задачей Raman на праве. Красное пятно исходя задача лазер Raman освещая образец во время измерения Raman. 2 системы механически были соединены путем использование точности этапа Иконы для того чтобы двигнуть образец взад и вперед между AFM и микроскопом Raman. На Диаграмму 7 показано совмещенную аппаратуру с образцом в положении для (a) воображения AFM и (b) воображения Raman.

Диаграмма 7. Взгляд этапа Иконы Размера и рукоятки оптики микроскопа Raman.

Bruker вводило ScanAsyst, которое почти вполне автоматизирует деятельность AFM без делая насечку представления. Следующий раздел обсуждает некоторые результаты от co-локализованных измерений. Другое разрешение от Bruker интегрированная конструкция benchtop NEOS AFM и системы SENTERRA confocal Raman показанной в Диаграмме 8, которая позволяет для прямодушного образца регулируя без потребности перенести образец между методами для co-размещаемых измерений.

Диаграмма 8. Система Спектроскопии Bruker NEOS SENTERRA AFM-Raman.

NEOS AFM сильно компактно расквартировано в микроскопе объективном и интегрированном в чистосердечный оптически микроскоп, тогда как SENTERRA микроскоп Raman benchtop confocal интегрированный в чистосердечный оптически микроскоп. Это позволяет система работать в режимах AFM и Raman и использовать стандартные оптически методы, как контраст взаимодействия Nomarski дифференциальный (DIC) для того чтобы опросить образец.

Co-Локализованные Измерения AFM и Raman

Пример Одно

Следующий раздел говорит о некоторых результатах от co-локализованных измерений. Первое показывает смесь эпоксидной смолы на субстрате металла. Анализ начинает с выбором области используя на пример, регулярн контраст brightfield. Возможно получить AFM и Raman в заказе выбранном пользователем. На Диаграмму 9 показано такую последовательность. Изображение ярк-поля оптически показано на левой стороне и топографии образца как приобретено AFM показывает на праве. Внедрение пользователя выбрало результаты зоны спектра в карте Raman в середине последовательности.

2 спектра в Диаграмме 10 были приняты на этапы различных высот образца. Вибрация фенилов-кольца самой высокой интенсивности на 1004 cm-1 можно найти в более низких зонах образца тогда как интенсивности сравненные к малоароматной линии справки на 1014 cm-1 более низки в более толщиных частях образца. Карта Raman в середине Диаграммы 9 показывает это ясно. Стерическая ориентация образца знана с данными по Raman. Молекулярная ориентация различна в толщиных и более тонких зонах образца.

Диаграмма 9. последовательность приема AFM-Raman с (выйденным) изображением ярк-поля оптически, (середина) карта Raman, и (правое) образец AFM изображение топографии.

Диаграмма 10. 2 спектра Raman принятого от образца в диаграмме 9.

Пример 2

Полиморфизм способность материала существовать в больше чем одной кристаллической структуре. Следующий пример описывает изучение на Yttria-Стабилизированных polycrystals zirconia (Y-TZP). Y-TZP часто использовано в зубоврачебных implants для своих biomechanical и астетических характеристик. Материал спечен от тонкоизмельченного порошка и может быть выкристаллизовыван в тетрагональной форме. 2 спектра показанного в Диаграмме 11 были получены на различных положениях образца. Пики на спектрах показанных в красном цвете приписаны к Y-TZP. Голубой спектр ясно показывает больше пиков. После изолировать дополнительные пики и сравнивать их к имеющиеся в литературе данные, они заданы к моноклинному участку ZrO2.

Диаграмма 11. спектры Raman керамического образца. Красная кривый показывает только Y-TZP пока зеленая кривый предлагает присутсвие дополнительного участка

С помощью контрасту разъема DIC оптически и задаче AFM, была определена зона образца который показывает 2 заплаты charcteristically различного поверхностного словотолкования. С AFM возможно квантифицировать шершавость более далее к как раз определять их как ровно или грубо. Средняя шершавость ровной зоны 8,7 nm, тогда как грубая зона усредняет 15,7 nm. Характеристики автоматизированного анализа NEOS AFM включают более дальнеиший анализ. Размер зерна может сыграть значительно роль в изменении от тетрагонального к моноклинному. Размеры зерна можно извлечь от данных по AFM. На Диаграмму 12 показано изображение 83 x 832 um DIC ровной и грубой заплаты и изображение2 10x10umAFM ровной зоны образца выделяя зерна. Анализ производит средний размер зерна 0,56 um2.

Диаграмма 12. DIC и данные по размера зерна. Оптически (выйденное) изображение показывает ровную и грубую заплату на образце. Данные по AFM (правые) ровной зоны обеспечивают деталь размера зерна после автоматизированных опознавания и анализа зерна.

С отображая характеристикой микроскопа SENTERRA Raman, возможно получить карту области показывая ранее топографически, котор характеризуют ровные и грубые области. Как Только карта спектров Raman получена, ПО SENTERRA включает прокладку курса интегрированных интенсивностей пользовател-выбранной области. В этом примере, была выбрана зона от 180-184-1 cm, по мере того как эта зона выделяет пик только присутствующий на моноклинный участок. Путем показывать интенсивности в соотвествующей цветовой схеме, произведена плоская карта Raman тетрагонального и моноклинного возникновения. Карта и соответствуя изображение DIC показаны в Диаграмме 13. Используя co-локализованный AFM, Raman, и микроскопия DIC включили изучение процесса на маштабе нанометра.

Диаграмма 13. DIC и карта Raman.

Настроение для TERS: РАДУЖКА Innova

В TERS, подсказке нужно быть как близко к образцу как возможно без влияния герметичности подсказки или образца. В добавлении, металлическая подсказка необходима для повышения. STM обеспечивает простой способ интегрировать эти требования и изучить удар нескольких форм подсказки, механических сцепок, и других переменных величин. Превосходный путь возбудить подсказку AFM и собрать сигнал Raman установить задачу Raman на угле 60° с справкой к оси подсказки. Бортовая схема освещения показала самый высокий фактор повышения для TERS в теоретических изучениях. Настроение используя это сторон-на геометрии осуществляно в РАДУЖКЕ Innova показанной в Диаграмме 14.

Диаграмма 14. TERS-готовое сочетание из Зонд Microsope Скеннирования Bruker Innova и микроскоп Raman inVia Renishaw. Оптически соединение достигано через эксплуатируемый trackball пробующ рукоятку.

Должно к своему открытости, Innova одалживает как платформа для TERS на опаковых образцах; оно имеет очень диод стабилизированная и малошумная система с обратной связью короткозамкнутого витка, и обратной связи близко-ИК. Его можно эксплуатировать в STM и разнообразие режимах AFM с удобным переключением. Innova интегрировано с микроскопом inVia Renishaw для того чтобы включить TERS, confocal Raman, и локализованные co измерения.

Управление как AFM, так и микроскопа Raman сделано пакетом программ присутствующим в компьютере AFM. Пример набора данных TERS достиганного с таким настроением уступан Диаграмма 15. Используемый образец Зеленый Цвет Малахита, краска для которого имеющиеся в литературе данные доступна. Спектры как представленное одно можно приобрести внутри как немногой как 0.1s используя как раз немного микро- ватт силы лазера случая.

Диаграмма 15. Спектры TERS Зеленого Цвета Малахита полученные используя подсказку золота загоранную 633nm освещают на меняя расстояниях над поверхностью. Данные приобретенные используя комбинацию Innova-InVia РАДУЖКИ. Путем сравнивать пиковые интенсивности при причаленная подсказка к втягиванным спектрам, можно ясно увидеть повышение режимов Raman.

Заключение

В Виду Того Что co-локализованное измерительное оборудование возможно, исследователя могут изучить образцы используя оптически методы спектроскопии как Raman и методы зонда скеннирования обеспечивая детальную информацию о свойствах и составе nanoscale. Bruker обеспечивает разрешения для опаковых образцов и прозрачных образцов с Иконой Размера, Катализатором BioScope, и системами NEOS SENTERRA. TERS обещает нажать пределы разрешения даже более дальнейшие и включить собрание химической информации на маштабе нанометра. Разрешения Bruker для этих перспективных исследований включают Катализатор и Innova для прозрачных и опаковых образцов, соответственно.

О Bruker

Поверхности Bruker Nano обеспечивают Атомные продукты Микроскопа Усилия/Микроскопа Зонда Скеннирования (AFM/SPM) которые стоят вне от других имеющих на рынке систем для их робастных конструкции и легкия в использовании, пока поддерживающ самое высокое разрешение. Головка NANOS измеряя, которая часть всех наших аппаратур, использует уникально волоконнооптический интерферометр для измерять консольное отклонение, которое делает компакт настроения так что оно не большле чем стандартная задача микроскопа исследования.

Эта информация найденный, расмотрена и приспособлена от материалов обеспеченных Поверхностями Bruker Nano.

Для больше информации на этом источнике, пожалуйста посетите Поверхности Bruker Nano.

Date Added: Oct 19, 2011 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:27

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit