傅立叶红外显微镜

傅立叶变换红外光谱仪关注的是分子的振动。 每个官能团都有自己离散的振动能量，可以通过所有官能团的组合来识别一个分子。这使得FTIR显微镜成为样品识别、多层膜表征和颗粒分析的理想选择。

目录

傅立叶红外光谱学
红外显微镜的反射测量
红外显微镜的透射测量
红外显微镜的ATR测量
掠过角
检测器
IQ图谱
微分干扰对比观察（DIC）
可见光偏振

傅立叶红外光谱学
傅立叶变换红外光谱关注的是分子的振动。 每个官能团都有自己的离散振动能量，可通过所有官能团的组合来识别分子。这使得红外显微镜成为样品识别、多层膜表征和颗粒分析的理想选择。更多信息可以在这里找到关于FTIR光谱学的基本原理。

傅立叶红外显微镜的反射测量
反射测量是用卡塞格伦物镜进行的，这与普通显微镜物镜不同。 卡塞格伦物镜（图1）使用一个主镜和副镜将红外光束以35°的角度发送到样品上。红外反射材料在这种物镜下效果最好，而黑暗的样品则效果不佳。

图1. 用于反射的卡塞格伦物镜的光学配置。
傅立叶显微镜的透射测量
样品的透射分析可能是分析固体、液体和气体的最常见和最普遍的方法。透射测量提供了所有红外采样技术中最高的灵敏度和最好的检测。对于透射，采用了两个卡塞格伦物镜：聚焦和聚光器（图2）。 聚焦的作用与反射的作用相同。 光线穿过焦点处的样品，然后打到聚光器上，聚光器将光束准直到检测器中。样品必须很薄（小于50微米），并且需要放在KBr颗粒或钻石砧板单元中。卡塞格拉斯的焦平面是匹配的。纤维、层压板和薄膜通常以透射模式测量。

图2. 用于透射测量的两个卡塞格伦物镜的光学配置。
用FTIR显微镜进行ATR测量
衰减全反射（ATR）使用特殊的晶体材料与样品接触来获得化学信息。 ATR（图3）由聚焦镜组成，以45o角的角度打在晶体上。 然后光线进入样品并反射到光谱仪中。 为了保护物镜，需要一个压板。 过度的压力会损坏一些晶体，但钻石物镜除外。 金刚石、ZnSe和ZnS可以被配置成在与样品接触时可以看到样品。

图3. ATR物镜的光学配置。
掠射角
在 "闪亮 "的基底上的涂层是进行红外反射-吸收研究的最佳选择。随着涂层变薄，入射角和收集角可以在45-75度之间变化，直到达到 "掠射 "角，一般认为是85度（图4）。反射吸收 "这一术语描述了入射光束在通过涂层、从基底反射并在到达检测器之前再次通过涂层的过程。当入射角和收集角接近掠射角时，入射光束以较浅的角度击中涂层，通过样品的路径长度变长，增强吸收强度。掠角反射是通过以非常浅的角度 "掠过 "样品来检查最薄的表面涂层，由此产生的较长的样品路径长度提供了更高的灵敏度。红外反射-吸收光谱法（IRRAS）经常被用来研究金属和其他基材上的单层涂层。在评估涂层的组成和厚度时，可以进行有限的定量分析。

图4. 凝视角物镜的光学配置。
检测器
可用于傅立叶变换红外显微镜的许多探测器涵盖了广泛的波长范围，从可见光--（硅光电二极管），近红外--（InSb或InGaAs），中红外--（TGS或MCT），远红外--（硅波尔计）。IRT系列有多种标准探测器可供选择，还可以选择第二个探测器。最简单的探测器，Peltier冷却的DLaTGS探测器用于中红外区域，具有良好的灵敏度，然而，具有更大灵敏度的LN2冷却的中波段MCT探测器更适合于测量较小的微观区域。可选的第二个探测器可以选择安装一个固定的探测器或一个可更换探测器的盒式系统，两者都可以从广泛的选项中选择。为了提高速度，特别是对于成像或动态测量，一个16个元素的线性阵列探测器（MCT或InSb）极大地提高了产量（图5.）

图5. 使用点检测器（左）和线性阵列（右）进行测绘的说明。
IQ测绘
IQ映射是一个独特的功能，允许在静止的卡塞格伦中移动测量区域，在不移动平台的情况下建立一个图像地图。IQ Mapping可用于透射、反射和ATR测量。它对ATR测量特别有用，因为与晶体接触的区域可以被映射，而不需要抬起和重新定位物镜棱镜，这通常会在测量过程中对表面造成损害。IQ Mapping也为软性样品提供成像，如凝胶或甚至粘稠的液体。ATR棱镜如果被抬起和重新定位，会搅动样品，但使用Clear View SS型ATR物镜，一旦样品就位，就可以在不干扰样品的情况下进行观察和测量。

傅立叶显微镜中的荧光观察
荧光观察可用于识别用可见光无法看到的荧光样品（图6.）。有两种不同波长范围的方案可供选择。波长范围是用滤光片选择的。

图6. 聚合物珠在不同波长下的荧光。
差分干涉对比观察（DIC）
差分干涉对比观察法（DIC）使用偏振光和Nomarski修饰的Wollaston棱镜来加强对低对比度图像的观察。DIC利用光的相位差来立体地观察亚微米级的非常小的阶差。诺玛斯基棱镜被用来从样品表面直接反射的两束光的差异中产生明暗对比。这种技术可以同样适用于表面有小的不平整的低对比度的生物和非生物样品，一个例子可以在图7中看到。

图7. 生物材料的明视场和DIC图像。
可见的偏振
偏振光观察（PLO）利用各向异性的差异来加强对低对比度材料的观察。PLO使用位于被观察样品两侧光路中的两个偏振元件。它对诸如生物大分子和生物结构、矿物、陶瓷、矿物纤维、延伸聚合物、液晶等样品特别有用。 图8中可以看到一个聚合物样品的DIC。

图8. 聚合物样品的非偏振（左）和偏振（右）视图。