納米紅外光譜系統(tǒng)（nanoIR系列）是美國Anasys儀器公司于2010年研發(fā)的基于原子力顯微鏡（AFM）的材料表征工具。其采用的光熱誘導共振技術（PTIR，也稱AFM-IR），使紅外光譜的空間分辨率突破了光學衍射極限，提高至10納米級別。在得到微區(qū)形貌，表面物理性能的基礎上，進一步幫助研究人員全面解析樣品表面納米尺度的化學信息。

Anasys開創(chuàng)了納米紅外化學解析的新領域，由于超高空間分辨率的紅外光譜采集和化學成分成像，被為近十來年光譜領域的技術進步。該技術曾榮獲2010年度美國R&D100大獎。2016年Anasys發(fā)布了一代產(chǎn)品nanoIR2-FS，在廣受歡迎的第二代納米紅外光譜系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)快速掃描功能，光譜采集速度<3s>

快速掃描納米紅外光譜FS

              —納米尺度紅外光譜解決方案   

NanoIR系列包含有一個原子力顯微鏡用于探測形貌及成像，除此之外，采用一個可調脈沖激光源照射樣品，利用AFM針尖在納米尺度下探測輻射吸收，獲得納米尺度紅外光譜，特定波長下的掃描成像圖為用戶提供超高分辨率的組分分布。

NanoIR應用廣泛，如聚合物共混物、薄至單層的薄膜、界面和表面、電紡纖維、細胞、細菌、淀粉質物質、半導體表面有機污染物等。

主要特點：

• 消除分析化學研究人員的擔憂--與FTIR光譜吻合，沒有吸收峰的任何偏移
  
• 基于保護的脈沖共振增強技術：實現(xiàn)單分子層超薄樣品化學分析
  
• 技術實現(xiàn)智能的光路優(yōu)化調整，無需擔心光路偏差拖延你的實驗進度
  
• 最準確的定性微區(qū)化學表征，得到美國國家標準局NIST, 橡樹嶺國家實驗室等美國機構的認可
  
• 簡單易用的操作，被三十多位企業(yè)用戶和近百位學術界所選擇
  
• 基于DI傳承的多功能AFM實現(xiàn)納米熱學，力學，電學和磁學測量：
  
• 納米熱分析模塊（nanoTA, SThM）
  
• 洛侖茲接觸共振模塊（LCR）
  
• 導電原子力顯微鏡鏡（CAFM）
  
• 開爾文電勢顯微鏡（KPFM）
  
• 磁力顯微鏡（MFM）
  
• 靜電力顯微鏡（EFM）
   
  

AFM-IR技術:

圖1 工作原理

nanoIR2-FS使用連續(xù)可調脈沖紅外光源從側面照射樣品。樣品吸收特定波長的輻射波，產(chǎn)生熱量引發(fā)樣品快速熱膨脹，從而使AFM微懸臂產(chǎn)生共振震蕩。震蕩波以鈴流的形式衰減。用傅里葉變換對鈴流信號進行分析，獲得振動的振幅和頻率。通過建立微懸臂的振幅與光源波長的關系可得到局部吸收光譜(見圖1)。AFM-IR光譜與傳統(tǒng)FTIR光譜高度吻合，可使用傳統(tǒng)的FTIR數(shù)據(jù)庫進行分析（見圖2）。

圖2 聚苯乙烯的nanoIR譜圖與FTIR譜圖的對比

典型應用案例：

金基底上自組裝的PEG單分子層的納米化學研究

圖3左上圖為AFM形貌圖，右上圖為在1340cm-1下的紅外吸收化學成像，可觀察到幾十納米分辨率的化學組分分布。 下圖為AFM-IR光譜。

圖3 金基底上自組裝的PEG單分子層的納米化學研究

高分子共混物的化學組分研究

利用納米紅外AFM-IR對高抗沖聚丙烯共聚物（HIPP）三種不同微區(qū)組分進行成分鑒定和定量分析，1378cm-1處紅外成像 （圖4 c）顯示橡膠粒子的硬核區(qū)域具有更強的紅外吸收，表明其主要成分是聚丙烯，這是次獲得聚丙烯是一些HIPP體系中橡膠粒子硬核的主要成分的直接證據(jù)。利用AFM-IR光譜和FTIR光譜的高度一致性，使用常規(guī)FTIR用標準的乙丙共聚、共混標樣制作工作曲線，利用AFM-IR光譜對三種不同微區(qū)的組分進行定量分析。

Analysis of Nanodomain Composition in High-Impact Polypropylene by Atomic Force Microscopy-Infrared.  Anal. Chem. 2016, 88, 4926?4930

圖4高抗沖聚丙烯共聚物（HIPP）三種不同微區(qū)組分的研究

a HIPP結構示意圖，b AFM形貌圖, c 1378cm-1處紅外成像, d 三個不同微區(qū)的AFM-IR光譜, e 利用FTIR制作定量分析的工作曲線, f 利用AFM-IR光譜和e工作曲線計算得到三個微區(qū)PE的含量