Фототермическая микроспектроскопия
Фототермическая микроспектроскопия ( PTMS ), также известная как фототермические колебания температуры ( PTTF ), [1] [2] основан на двух основных инструментальных методах: инфракрасной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии (АСМ). В одном конкретном типе АСМ, известном как сканирующая термическая микроскопия (СТМ), датчик изображения представляет собой сверхминиатюрный датчик температуры, который может представлять собой термопару или термометр сопротивления. [3] Детектор того же типа используется в приборе PTMS, что позволяет ему получать изображения AFM/SThM: Однако основным дополнительным применением PTMS является получение инфракрасных спектров из областей образца ниже микрометра, как описано ниже.
Техника
[ редактировать ]АСМ сопряжен с инфракрасным спектрометром. Для работы с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) спектрометр оснащен обычным источником инфракрасного излучения черного тела. Конкретная область образца может быть сначала выбрана на основе изображения, полученного с использованием режима визуализации АСМ. Затем, когда материал в этом месте поглощает электромагнитное излучение, выделяется тепло, которое рассеивается, вызывая затухание температурного профиля. Затем термозонд обнаруживает фототермический отклик этой области образца. Результирующие измеренные флуктуации температуры дают интерферограмму , которая заменяет интерферограмму, полученную с помощью традиционной установки FTIR, например, путем прямого обнаружения излучения, передаваемого образцом. Температурный профиль можно сделать резким, модулируя возбуждающий луч. Это приводит к генерации тепловых волн, диффузионная длина которых обратно пропорциональна корню частоты модуляции. Важным преимуществом термического подхода является то, что он позволяет получать чувствительную к глубине информацию о недрах на основе поверхностных измерений благодаря зависимости длины термодиффузии от частоты модуляции.
Приложения
[ редактировать ]Двумя особенностями PTMS, которые до сих пор определяли его применение, являются: 1) спектроскопическое картирование может выполняться с пространственным разрешением, значительно ниже дифракционного предела ИК-излучения, в конечном итоге в масштабе 20-30 нм. В принципе, это открывает путь к субволновой ИК-микроскопии (см. сканирующую зондовую микроскопию ), где контраст изображения должен определяться термическим откликом отдельных областей образца на определенные спектральные длины волн и 2) вообще, не требуется никакой специальной техники подготовки. требуется, когда необходимо исследовать твердые образцы. Для большинства стандартных методов FTIR это не так.
Сопутствующая техника
[ редактировать ]Этот спектроскопический метод дополняет другой недавно разработанный метод химической характеристики или снятия отпечатков пальцев, а именно микротермический анализ (микро-ТА). [4] [5] При этом также используется «активный» зонд SThM, который действует как нагреватель, а также термометр, чтобы вводить в образец кратковременные температурные волны и обеспечивать получение подповерхностных изображений полимеров и других материалов. Обнаруженные подповерхностные детали соответствуют изменениям теплоемкости или теплопроводности . Увеличение температуры зонда и, следовательно, температуры небольшой области образца, контактирующей с ним, позволяет выполнять локализованный термический анализ и/или термомеханометрию.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хаммиш, А.; Поллок, HM; Ридинг, М.; Клейборн, М.; и др. (1999). «Фототермическая ИК-Фурье-спектроскопия: шаг к ИК-Фурье-микроскопии с разрешением лучше дифракционного предела». Прикладная спектроскопия . 53 (7): 810. Бибкод : 1999ApSpe..53..810H . дои : 10.1366/0003702991947379 . S2CID 93359289 .
- ^ Ее Величество Поллок и Д.А. Смит (2002). «Использование зондов ближнего поля для колебательной спектроскопии и фототермической визуализации». В Дж. М. Чалмерсе и PR Гриффитсе (ред.). Справочник по колебательной спектроскопии . Том. 2. Джон Уайли и сыновья . стр. 1472–1492.
- ^ Маджумдар, А. (1999). «Сканирующая термическая микроскопия». Ежегодный обзор материаловедения . 29 : 505–585. Бибкод : 1999AnRMS..29..505M . дои : 10.1146/annurev.matsci.29.1.505 . S2CID 98802503 .
- ^ Ее Величество Поллок и А. Хаммиш (2001). «Микротермический анализ: методы и приложения». Дж. Физ. Д. 34 (9): С23–С53. Бибкод : 2001JPhD...34R..23P . дои : 10.1088/0022-3727/34/9/201 . S2CID 250838172 .
- ^ Дж. Йе; и др. (2007). «Сканирующая термозондовая микроскопия: нанотермический анализ с помощью рамановской микроскопии» . Микроскопия и анализ : S5–S8. Архивировано из оригинала 14 июля 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Ф. Л. Мартин и Х. М. Поллок (2010). «Микроспектроскопия как инструмент распознавания наномолекулярных клеточных изменений в биомедицинских исследованиях». В А.В. Нарликаре и Ю.Ю. Фу (ред.). Оксфордский справочник по нанонауке и технологиям, том. 2 . стр. 285–336.
- Хаммиш, А; Герман, МЮ; Хьюитт, Р; Поллок, HM; и др. (2005). «Мониторинг распределения клеточного цикла в клетках MCF-7 с использованием ближнепольной фототермической микроспектроскопии» . Биофизический журнал . 88 (5): 3699–706. Бибкод : 2005BpJ....88.3699H . дои : 10.1529/biophysj.104.053926 . ПМК 1305516 . ПМИД 15722424 .
- Груде, Олауг; Хаммиш, Аззедин; Поллок, Хьюберт; Бентли, Адам Дж.; и др. (2007). «Ближнепольная фототермическая микроспектроскопия для идентификации и характеристики взрослых стволовых клеток». Журнал микроскопии . 228 (Часть 3): 366–72. дои : 10.1111/j.1365-2818.2007.01853.x . ПМИД 18045331 . S2CID 23356282 .
- М. Дж. Уолш; и др. (2008). «Микроспектроскопия FTIR идентифицирует симметричные модификации PO2 как маркер предполагаемой области стволовых клеток крипт кишечника человека» . Стволовые клетки . 26 (1): 108–118. doi : 10.1634/stemcells.2007-0196 . ПМИД 17901405 .
- Груде, О; Накамура, Т; Хаммиш, А; Бентли, А; и др. (2009). «Дискриминация стволовых клеток человека с помощью фототермической микроспектроскопии» (PDF) . Колебательная спектроскопия . 49 : 22–27. дои : 10.1016/j.vibspec.2008.04.008 .
- Хаммиш; и др. (2004). «Микроспектроскопия сложных образцов в среднем инфракрасном диапазоне с использованием фототермической микроспектроскопии ближнего поля (PTMS)» (PDF) . Спектроскопия . 19 :20–42. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июля 2011 г. Проверено 27 октября 2009 г. , ошибка в 19(5), 14 (2004 г.)
- Дж. Дж. Келли; и др. (2011). «Биоспектроскопия для метаболического профиля биомолекулярной структуры: многоэтапный подход, связывающий вычислительный анализ с биомаркерами». J Протеом Рез . 10 (4): 1437–48. дои : 10.1021/pr101067u . ПМИД 21210632 .
- Его Величество Поллок (2011). «На пути к химическому картированию с субмикронным разрешением: спектроскопическое определение межфазных границ в ближнем поле» (PDF) . Форум по материаловедению . 662 : 1–11. doi : 10.4028/www.scientific.net/msf.662.1 . S2CID 43540112 .
- Его Величество Поллок; С.Г. Казарян (2014). «Микроспектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне». В Р. А. Мейерсе (ред.). Энциклопедия аналитической химии . стр. 1–26.
- Л Божец; и др. (2001). «Локальная фототермическая инфракрасная спектроскопия с использованием проксимального зонда». Журнал прикладной физики . 90 (10): 5159–65. Бибкод : 2001JAP....90.5159B . дои : 10.1063/1.1403671 .
- МЮ Герман; и др. (2006). «ИК-спектроскопия с многофакторным анализом потенциально облегчает разделение разных типов клеток простаты» . Биофизический журнал . 90 (10): 3783–3795. Бибкод : 2006BpJ....90.3783G . дои : 10.1529/biophysj.105.077255 . ПМЦ 1440759 . ПМИД 16500983 .
- А. М. Катценмейер; и др. (2015). «Средняя инфракрасная спектроскопия за пределами дифракционного предела посредством прямого измерения фототермического эффекта †». Наномасштаб . 7 (42): 17637–17641. Бибкод : 2015Nanos...717637K . дои : 10.1039/c5nr04854k . ПМИД 26458223 .
- премьер-министр Дональдсон; и др. (2016). «Широкополосная инфракрасная спектроскопия ближнего поля с использованием фототермических зондов и синхротронного излучения» . Оптика Экспресс . 24 (3): 1852–1864. Бибкод : 2016OExpr..24.1852D . дои : 10.1364/oe.24.001852 . ПМИД 26906764 .
