Kombinerad Atom- StyrkaMicroscopy & Raman Spektroskopi - TERS och Co-Lokaliserade AFM-Raman System

Vid AZoNano

Bordlägga av Tillfredsställer

Inledning
Atom- StyrkaMicroscopy
Raman Spektroskopi
De Nästa Kliver
Lösningar för Kombinerad Att närma sig
Co-Lokaliserade AFM- och Raman Mätningar
     Exempel Ett
     Exempel Två
En Ställa In för TERS: Innova IRIS
Avslutning
Om Bruker

Inledning

Atom- styrkamicroscopy och den Raman spektroskopin är båda metoder som är van vid erhåller data om ytbehandlarekvisitan av en ta prov, fast deras respektive användare baserar är allmänt ganska olik. Integrationen av dessa teknologier ser till att den kan användas för en variation av applikationer. Denna applikation noterar looks både på den kompletterande informationen som nås från båda tekniker och hur en forskare, som har att ta fram till ett kombinerat system kan gynna från den tillgängliga extra informationen.

Atom- StyrkaMicroscopy

I atom- styrkamicroscopy kommas med en korsond nära till ta prov, och rymt på det distansera genom att använda enbaserad återkoppling kretsar. Styrkan, som den primära återkopplingen kretsar på, baseras, den elektriska strömmen, ytbehandlar potentiellt, och den specifika nanomechanical rekvisitan kan mätas. Genom att avläsa ta- prov och spetssläktingen till varje annan och att mäta dessa antal på åtskilda lägen i ett sekventiellt sätt som är tredimensionellt, avbildar av utvalt tar prov rekvisita kan skapas. Ett atom- styrkamikroskop (AFM) ställer in visas in Figurerar 1.

Figurera 1. Visas de mest grundläggande delarna av ett AFM-system, en spets, mekanism för rasterbildläsning och data - att bearbeta enheten.

Raman Spektroskopi

Studien av växelverkan av elektromagnetisk utstrålning med materien är bekant som spektroskopin. De mest allmänningsorterna är fluorescence, infrared och Raman. I ett Raman experiment fokuseras monochromatic ljust på ta prov, och det inelastic spritt lätt avkänns. En Raman spectrometer används ofta tillsammans med ett optiskt mikroskop för att gynna från den rumsliga upplösningen för kicken som ett confocal optiskt ställer in kan ge. De huvudsakliga delarna av en dispersive Raman ställer in är en upplysande laser ta prov, optik till mot efterkrav den backscattered utstrålningen, fodrar eneffektivitet laser kassering filtrerar, och en spectrometer med en hänryckaslit, ett diffractiongaller och en CCD-kamera. Ett grundläggande schematiskt av en enkel Raman spectrometer visas in Figurerar 2.

Figurera 2. Schematiskt av en Raman spectrometer. Ta prov är upplyst vid en monochromatic ljus källa. Gå i flisor, Når du har passerat till och med en filtrera som kasserar laseren lätt den, har skingrats av ett galler och har avbildats på en CCD.

Figurera 3 shows som en Raman spectrum som tas på ett av lagrarna av arg-delad upp, lappar av inpackning som är materiell för unfrosted djura smällare genom att använda Brukers mikroskopet för SENTERRA Raman.

Figurera 3. Spectrum (svart) av ett lagrar av mat som paketerar som är materiellt och litteraturspectrumen för (röd) Poly propylene.

När spectrumen jämförs med en litteraturdatabas, kan det avslutas att ett av lagrarna är Polypropylene. Det är inte möjligheten som bestämmer de nanomechanical kännetecknen av lagrar. Men, när ta prov överförs från SENTERRAEN till de MultiMode 8na AFM som har det Knackande Lätt På särdrag för Maximal Styrka, är quantification av parametrar liksom modulus och adhesion möjligheten. De resulterande modulusdatan från AFMEN visas in Figurerar 4.

Figurera 4. Modulusen kartlägger av arg-delat upp paketera för mat som är materiellt på lämnat. De yttre lagrarna identifieras av de Raman datan som polypropylene. AFM-datan låter för quantification av den mekaniska rekvisitan. Det argt - den sektions- täppan på rätten markerar tappa i modulus från det yttre till det inre lagrar och avslöjer några partiklar i det mellersta lagrar som ställer ut högre modulus än matrisen.

De Nästa Kliver

Det är möjligheten som får ett optiskt, kartlägger tillsammans med topografi och typisk atom- information om styrkamicroscopy, genom att använda en passande AFM-spets. En general ställer in för linjärt, och non-linjära spets-hjälpta spektroskopier visas in Figurerar 5. Exempel för passande AFMs inkluderar Brukers Katalysator, och Innova för genomskinligt och ogenomskinligt tar prov respektive.

Figurera 5. Generalen ställer in för linjära och non-linjära spets-hjälpta spektroskopier.

När en ljus passande kombination av incidentet och spetsen väljs, sätter in ett starkt elektromagnetiskt bildas på spetsapexen. Figurera 6 visar att sätta införbättringen vid spetsen är två-vecket. Detta sätter in förbättring ser till att den Raman spektroskopin göras görlig på nanometerfjäll.

Figurera 6. Sätta In förbättringen vid spetsen.

I den farmaceutiska branschen kan händelsen av polymorphs, som är de samma kemiska sammansättningarna, men i ett olikt crystal galler, vara kritisk för egenskapen av en drog. Den Raman spektroskopin är den van vid studiepolymorphismen, och localizationen co med flera AFM-tekniker, som kan förhöjning produktiviteten av forskningen, bar ut.

Lösningar för Kombinerad Att närma sig

Stunder som använder kombinerad, instrumenterar, det är viktiga att inte kompromissa kapaciteten av endera. De typiska tvåna dela upp i faktorer för att vara ansedda inkluderar efter.

  1. Att fungerar uppehället som fotodetektorn stojar i en låg AFM, typiska stråla-dun system i en AFM i det rött med en driva av omkring 1mW, som översätter till fotoner18 3x10/understöder. Att låta parallellt måste den samtidiga funktionen av spectrometeren och AFMEN, våglängden av det AFM-stråla-dun systemet därför endera förändras till near-IREN för att inte störa med de optiska mätningarna eller ettoptiskt återkopplingssystem liksom att trimma - dela sig måste användas.
  2. Spectrometersystem använder flera laser, som kan kylas av bullrig utsida fläktar, eller bevattnar kylsystem eller utstrålar ofta ett belopp av värmer ganska i närheten av AFMEN. Båda av dessa verkställer kan negativt få effekt AFM-kapacitet. Stoja från uppvärmning fläktar kan koppla ihop in i AFMEN, och resultatet i ostadigheter i återkopplingen kretsar. Temperaturändringar ska resultat i AFMEN för att driva, och att ska gör det den mycket tuffa uppehället spetsen i det utvalt för sätta inatt beskåda.

Hindren som är involverade, i kombination av ett Raman mikroskop och av en AFM, gör faktiskt en annan läkarundersökninglösning livsduglig. Det är en skicka arrangerar planlagt att överföra tar prov från en till annan instrumenterar med en möjlighet för att registrera dem till ett allmänningkoordinatsystem. En skicka arrangerar har också det potentiellt att gynna av att låta för ökande produktivitet, som båda instrumenterar kan användas samtidigt.

En lösning som integrerar bransch-ledande Brukers, Dimensionerar Symbolen med Horibas LabRam uppnår co-localizationen av data och ser till kickkapaciteten av båda system.

DimensioneraSymbolen arrangerar skickar ta prov mellan AFM-huvudet på lämnat och det Raman mål på rätten. Den röda fläcken som emanating mål, är den Raman laseren som är upplysande ta prov under en Raman mätning. De två systemen kopplades ihop mekaniskt, genom att använda exaktheten av Symbolen, arrangerar för att skicka ta prov mellan AFMEN och det Raman mikroskopet. Figurera 7 shows som kombinerade instrumenterar med ta prov i placera för (a) AFM som avbildar och (b) Raman att avbilda.

Figurera 7. Beskåda av DimensioneraSymbolen arrangerar, och optik beväpnar av det Raman mikroskopet.

Bruker har introducerat ScanAsysten, som automatiserar nästan fullständigt AFM-funktion utan scarifying kapacitet. Dela upp diskuterar efter några resultat från co-lokaliserade mätningar. En Annan lösning från Bruker är den inbyggda designen av benchtopen NEOS AFM, och Figurerar det confocal Raman systemet för SENTERRA som in visas, 8, som låter för rättframt tar prov bruk utan behovet att överföra ta prov mellan metoder för co-lokaliserade mätningar.

Figurera 8. Det Bruker NEOS SENTERRA AFM-Raman SpektroskopiSystemet.

NEOSEN AFM är högt kompakt som inhysas i ett mikroskopmål och integreras in i ett upprätt optiskt mikroskop, eftersom SENTERRAEN är ett confocal Raman för benchtop som mikroskop integreras in i ett upprätt optiskt mikroskop. Detta möjliggör systemet för att fungera i AFM- och Raman funktionslägen och för att använda standarda optiska tekniker, liksom Nomarski differentiell störningskontrast (DIC) för att förhöra ta prov.

Co-Lokaliserade AFM- och Raman Mätningar

Exempel Ett

Dela upp talar efter om några resultat från co-lokaliserade mätningar. Första visar en epoxysammansättning på en belägga med metallsubstrate. Analysen börjar med valet av ett område som använder för, anföra som exempel, stamgästbrightfieldkontrast. Det är möjligheten som erhåller AFM och Raman i beställa som väljs av användaren. Figurera en sådan ordna för 9 shows. Den optiska ljus-sätta in avbildar visas på lämnat och ta provtopografin, som fånget av AFMEN visas på rätten. Integration av ett utvalt spectrumområde för användare resulterar i en Raman kartlägger i en mitt av ordna.

De två spectrana Figurerar in 10 togs på pekar av olika höjder av ta prov. Den högsta styrkan phenyl-ringer vibration på 1004 som cm-1 kan finnas i de lägre regionerna av ta prov, eftersom styrkor som jämförs till detaromatiskt, hänvisar till fodrar på 1014 cm-1 är lägre i det mer tjock portionr av ta prov. Ramanen kartlägger i en mitt av Figure 9 shows detta klart. Den steric riktningen av ta prov är bekant med Raman data. Den molekylära riktningen är olik i de tjocka och tunnare områdena av ta prov.

Figurera 9. DetRaman förvärvet ordnar med (lämnat) ljus-sätter in optiskt avbildar, (kartlägger mellersta) Raman, och (rätten) tar prov AFM topografi avbildar.

Figurera 10. Två Raman spectra som tas från, tar prov figurerar in 9.

Exempel Två

Polymorphismen är kapaciteten av ett materiellt att finnas i mer, än en kristall strukturerar. Exemplet beskriver efter en studie på Yttria-Stabiliserade zirconiapolycrystals (Y-TZP). Y-TZP används ofta i tand- implantat för dess biomechanical och estetiska kännetecken. Det materiellt sintras från en bot pudrar och kan kristalliseras i det tetragonal bildar. De två spectrana som in visas, Figurerar 11 erhölls på olika lägen av en ta prov. Nå en höjdpunkt på spectrana som visas i rött, tillskrivas till Y-TZP. Blåttspectrumen visar klart att mer nå en höjdpunkt. Når det har isolerat, nå en höjdpunkt det extra, och jämföra dem till litteraturdata, tilldelas de till det monoclinic arrangerar gradvis av ZrO2.

Figurera 11. Raman spectra av keramiskt tar prov. Rött bukta stundgräsplan för shows endast Y-TZP buktar föreslår att närvaro av extra arrangerar gradvis

Med hjälpen av den inbyggde optiska kontrasten för DIC och AFM-mål identifierades en region av ta prov som shows två lappar av charcteristically olikt ytbehandlar morfologi. Med AFMEN är ruffar mot det möjligheten som vidare kvantifierar roughnessen till precis definition dem som, slätar eller. Den genomsnittliga roughnessen av slätaregionen är 8,7 nm, eftersom den grova regionen i genomsnitt uppgå till 15,7 nm. De automatiserade analyssärdragen av NEOSEN AFM möjliggör mer ytterligare analys. Korn storleksanpassar kan leka en viktig roll i ändringen från tetragonal till monoclinic. Korn storleksanpassar kan dras ut från AFM-datan. Figurera 12 shows en 83 x 83 um2 DIC avbildar av en släta, och busen lappar, och en 10x10umAFM2 avbildar av slätaområdet av ta prov som markerar kornen. Analysavkastningarna som ett genomsnittligt korn storleksanpassar av 0,56 um2.

Figurera 12. DIC och grainsizedata. De optiska avbildar (lämnat) visar en släta, och busen lappar på ta prov. AFM-data (rätt) av slätaregionen ger korn storleksanpassar specificerar efter automatiserad kornerkännande och analys.

Med det kartlägga särdrag av mikroskopet för SENTERRA Raman är det möjligheten som erhåller en kartlägga av områdesvisningsom karakteriseras föregående topographically, slätar och ruffar mot områden. En Gång möjliggör en kartlägga av Raman som spectra erhålls, SENTERRA-programvaran, att konspirera de inbyggda styrkorna av ettutvalt område. I detta exempel var ett område från 180-184-1 cm utvalt, som denna region markerar ett maximalt endast närvarande för det monoclinic arrangerar gradvis. Vid visning färgar styrkorna i en anslå intrig, kartlägger en tvådimensionella Raman av det tetragonal, och den monoclinic händelsen frambrings. Kartlägga och de motsvarande DICNA avbildar visas in Figurerar 13. Genom Att Använda co-lokaliserad AFM, möjliggjorde Raman och DIC-microscopy studien av det processaa på nanometerfjäll.

Figurera 13. DIC och Raman kartlägger.

En Ställa In för TERS: Innova IRIS

I TERS behöver spetsen att vara så nästan ta prov som möjlighet, utan att påverka fullständigheten av spetsen eller ta prov. I tillägg är en metallisk spets nödvändig för förbättringen. STM ger ett lätt långt att integrera dessa krav, och studien som få effekt av flera spetsen formar och att koppla ihop mekanism och andra variabler. Ett utmärkt långt som upphetsar AFM-spetsen och Ramanen, signalerar mot efterkrav är att förlägga Ramanen som mål på en 60° metar med hänsyn till spetsaxeln. Sidobelysningintrigen har visat att den högsta förbättringen dela upp i faktorer för TERS i teoretiska studier. En ställa in som använder denna sida-på geometri, realiseras i den Innova IRISEN som in visas, Figurerar 14.

Figurera 14. TERS-ordna till kombinationen av den Bruker Innova ScanningSonden Microsope och det Renishaw inViaRaman mikroskopet. Optiskt koppla ihop uppnås via trackballen fungeringsprovtagning beväpnar.

Tack vare lånar sig dess öppenhet, Innovaen, som en plattform för TERS på täckande tar prov; den har ett mycket stabilt och låg-stojar stängd-kretsar återkopplingssystemet och en diod för återkoppling near-IR. Den kan fungeras i STM och en variation av AFM-funktionslägen med lämplig växling. Innovaen integreras med Renishaws inViamikroskopet för att möjliggöra TERS, confocal Raman och co lokaliserade mätningar.

Kontrollera av både AFMEN och det Raman mikroskopet göras av en programvara paketerar gåva i AFM-datoren. Ett exempel av en TERS-dataset som uppnås med en sådan ställa in, ges in Figurerar 15. Den använda ta prov är MalachiteGräsplan, en färg för som litteraturdata är tillgänglig. Spectranågot liknande framlagd den kan fås in så lite, som 0.1s som precis använder några mikrowatt av incidentlaser, driver.

Figurera 15. TERS-spectra av MalachiteGräsplan erhållande genom att använda en upplyst guld- spets av 633nm på varierande distanserar lätt ovanför ytbehandla. Fångna Data genom att använda den IRISInnova-InVia kombinationen. Genom att jämföra de maximala styrkorna med den att närma sig spetsen till de tillbakadragna spectrana kan en klart se förbättringen av Raman funktionslägen.

Avslutning

Sedan co-lokaliserad instrumentation är möjligheten, på burk forskare studien tar prov genom att använda optiska spektroskopitekniker liksom Raman och avläsa sondtekniker som ger specificerad information om nanoscalerekvisita och sammansättning. Bruker ger lösningar för täckande tar prov, och genomskinligt tar prov med DimensioneraSymbolen, BioScopeKatalysatorn och systemen för NEOS SENTERRA. TERS-löften att skjuta upplösningen begränsar även mer ytterligare och möjliggör samlingen av kemisk information på nanometerfjäll. Brukers lösningar för denna avancerade forskning inkluderar Katalysatorn, och Innova för genomskinligt och täckande tar prov, respektive.

Om Bruker

Nano Bruker Ytbehandlar ger Atom- produkter för det StyrkaMikroskop-/ScanningSondMikroskopet (AFM/SPM), som står ut från annan kommersiellt - tillgängliga system för deras robustt design och lindra-av-bruk, stunden som underhåller den högsta upplösningen. NANOSEN som mäter huvudet, som är den vår delen allra, instrumenterar, använder en unik fiber-optisk interferometer för att mäta cantileveravböjningen, som gör överenskommelsen för ställa in så, att den är inte större än ett standart forskningmikroskopmål.

Denna information har varit sourced, granskat, och anpassat från material förutsatt att av Nano Bruker Ytbehandlar.

Behaga besök Nano Bruker Ytbehandlar För mer information på denna källa.

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

Last Update: 23. January 2014 11:31

Comments
  1. Javaria Batool Javaria Batool Islamic Republic of Pakistan says:

    how colour image is possible by afm

The opinions expressed here are the views of the writer and do not necessarily reflect the views and opinions of AZoNano.com.
Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit