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Fundamentos de microscopia de IV

Guia para imagem FT-IR

Explicamos brevemente os fundamentos da imagem FT-IR e concentramo-nos nas diferentes maneiras de registar e interpretar imagens químicas através da espectroscopia FT-IR.

Noções básicas de imagem FT-IR

O que é uma imagem FT-IR?

Ao contrário da imagem visual de baixo contraste no fundo, a imagem química enfatiza claramente a diferença entre contaminação e amostra.

Uma imagem química contém uma grande quantidade de informações moleculares em cada um de seus pixels. No caso de imagens infravermelhas (IV) isso significa um espectro de IV completo. Como resultado, a imagem criada visualiza as propriedades químicas da amostra investigada, com base nos dados infravermelhos.

Esses dados espectrais podem então ser usados de várias maneiras para responder a certas perguntas analíticas. A criação de imagens de cor falsa para enfatizar e caracterizar as propriedades de uma amostra é uma aplicação padrão, por exemplo. Em suma, uma imagem FT-IR fornece uma representação clara da composição química da amostra.

Normalmente, um microscópio FT-IR é usado para obter essas imagens e não há restrição quanto à técnica de IV utilizada. Você pode encontrar imagens de IV obtidas em ATR, reflexão e transmissão.

Como é criada uma imagem FT-IR?

Imagens em tempo real de medidas FPA realizadas numa amostra de tecido biológico de 1 x 1 mm. A velocidade de medição é > 900 espectros por segundo.

A maneira mais fácil de gerar uma imagem FTIR é realizar medições únicas de IV a distâncias definidas numa amostra. Ao combinar o infravermelho com dados espaciais, até mesmo problemas rudimentares como questões sobre a homogeneidade de um revestimento podem ser respondidas. Isso é chamado de mapeamento de ponto único.

No entanto, para criar imagens químicas FT-IR de forma mais eficaz, são necessários detectores infravermelhos especiais. Basicamente, há duas abordagens: matriz linhear ou detectores de matriz de plano focal (FPA).

Embora os detectores de matriz de linha sejam uma solução híbrida bastante barata, os detectores FPA são a última geração. Eles tiram imagens de alta resolução com formato de pixel definido, por exemplo, 64 x 64 pixels, de uma só vez. Assim, tal imagem individual consistiria em mais de 4000 espectros de IV!

Isto permite alcançar resoluções espaciais em microscopia de IV até o limite de difracção física da luz infravermelha!.

Sobre detectores de imagens IV

Para medições de matriz linear, detectores de elemento único são organizados em série (por exemplo, 1 x 8) e registam simultaneamente uma linha de espectros (varrimentos lineares). Essas linhas espectrais são então "costuradas" após a gravação para obter uma imagem química. Embora uma matriz linear possa fornecer resultados mais rápidos do que medições de ponto único, existem grandes concessões no que respeita a qualidade espectral e o manuseamento dos dados. Além disso, a imagem ATR não é fiável, na melhor das hipóteses, e só é viável com acessórios impraticáveis.

Os detectores FPA, por outro lado, são feitos de uma matriz 2D de detectores de IV (por exemplo, 32x32, 64x64, 128x128, etc.). Dessa forma, eles recolhem uma verdadeira imagem química da amostra em cada medição de uma só vez sem "costura". Em última análise, um detector de matriz de plano focal não tem nenhuma das limitações acima. Os dados são registados em perfeito alinhamento com a imagem visual, independentemente da estrutura da amostra e em velocidade superior.

A imagem abaixo mostra o princípio de funcionamento de detectores de elemento único vs. matriz leniear vs. detectores de matriz de plano focal. Como pode ver, abordagens de elemento único e matriz de linha são métodos de aquisição consecutivos que recolhem passo a passo os dados de imagem.

Esta figura esclarece o princípio das diferentes técnicas de aquisição de imagem. À esquerda pode ver o procedimento com detectores de ponto único, no centro que de um detector de matriz linear e à direita a verdadeira imagem química de um detector de FPA.

Vantagens dos detectores FPA em imagens FTIR

Detector FPA usado para a investigação de uma amostra de tecido. Neste caso, o intestino de um camundongo é investigado para distribuição de proteínas, carboidratos e lipídios.
  • Maior desempenho de imagem: Adquira simultaneamente 1024 espectros em todos os modos de medição com resolução espacial impressionante.
  • Poder de resolução incomparável em comparação com medidas de ponto único ou matriz linear.
  • Analise áreas de amostra muito grandes graças à combinação de imagem FPA e alto grau de automação.
  • A imagem FPA produz imagens químicas com maior definição em menor tempo.
  • Adicione até dois detectores adicionais para manter a versatilidade analítica e escolha a partir de uma ampla seleção de detectores disponíveis.

A tecnologia FPA excede naturalmente a velocidade e a resolução espacial de medidas de matriz linear ou de ponto único. A aplicabilidade é ilimitada, os dados espectrais obtidos são sempre da mais alta qualidade e os tempos de medição são os mais curtos tecnicamente possíveis.

FAQ de imagem FT-IR

A gota d'água

Perguntas frequentes sobre imagem FT-IR

1. O que é imagem química?

A imagem química é um método para resolver espacialmente as propriedades químicas de uma amostra em imagens 2D ou 3D. Com essa técnica é possível obter informações sobre as propriedades do material, a estrutura e a origem das amostras examinadas.


2. O que é imagem FT-IR?

A imagem FT-IR é uma maneira de criar imagens químicas resolvidas espacialmente. Cada pixel dessas imagens consiste num espectro de IV completo. Ao interpretar os espectros individuais, regiões interessantes da amostra podem ser detectadas e avaliadas.


3. Como se obtêm imagens FT-IR?

Os métodos comuns são medições sequenciais de pontos individuais, ou matriz linear, bem como a aquisição directa de imagens 2D por um detector de matriz de focal-plano (FPA). Embora os detectores de FPA ofereçam a solução superior, medições de ponto único altamente automatizadas são uma alternativa económica.


4. Como funciona um detector de FPA?

O princípio de um detector de FPA é análogo ao de uma câmara digital. Em vez de luz visível, no entanto, uma matriz definida de pixels é iluminada por luz infravermelha, com cada pixel do detector registando um espectro IV independente e resolvido espacialmente.


5. Os detectores de FPA requerem aberturas?

Não, um detector de FPA não requer aberturas. Cada pixel do detector funciona como uma abertura e, portanto, regista directamente a informação IV espacialmente resolvida. Isto permite medições muito mais rápidas e de maior resolução em comparação com outras teconologias de detector.


6. É possível ajustar a resolução espacial de uma FPA?

A resolução espacial de um detector de FPA depende do tamanho dos pixels individuais do detector. No entanto, pixels adjacentes podem ser combinados para formar um "pixel maior" e, portanto, a resolução espacial é reduzida, melhorando também a qualidade espectral.


7. Existem diferentes tamanhos de FPA?

Os detectores FPA estão disponíveis em diferentes tamanhos de matriz. O tamanho deve ser selecionado de acordo com o sistema óptico (microscópio). Por exemplo, o LUMOS II foi optimizado para uma matriz de 32x32 pixels, enquanto o HYPERION 3000 foi concebido para uma matriz de pixels 64x64 ou 128x128. Com este último é possível registar uns impressionantes mais de 16.000 espectros espacialmente resolvidos de uma só vez.

8. Uma FPA maior é melhor?

Não, porque o tamanho do detector FPA depende exclusivamente da iluminação ideal fornecida pelo microscópio. Uma iluminação homogénea da matriz do detector é importante para garantir uma sensibilidade espectral consistentemente alta, tanto no centro quanto nas bordas do detector.

 

9. Quando uma FPA maior tem vantagens?

Quanto maior a área do detector FPA, mais espectros são registados simultaneamente. Uma vez que a resolução espacial é independente do tamanho da matriz, isto significa que um detector de FPA 128x128 cobre uma área 16 vezes maior do que uma matriz de 32x32 numa única medição.

 

10. Os FPA podem ser combinados com qualquer técnica de medição?

Sim, podem. Os detectores FPA oferecem vantagens em transmissão, reflexão ou reflexão total atenuada (ATR). Especialmente quando usado com tecnologia ATR, este tipo de detector atinge uma resolução espacial excepcionalmente alta.

 

11. Por que razão a resolução das medições de FPA em ATR aumenta?

A combinação de uma lente de estado sólido de alto índice de refracção (cristal de ATR de germânio) e um detector FPA "livre de abertura" aumenta a resolução espacial por um factor de 4 em comparação com as medições de transmissão. Este efeito também é chamado de lente de imersão.

 

12. As medidas de FPA são aplicáveis a todas as amostras?

Uma vez que as medições de FPA podem ser combinadas com todas as técnicas de medição, em princípio todos os tipos de amostras podem ser analisadas dessa forma. Gases, líquidos e outras substâncias voláteis não podem ser analisados microscopicamente devido às suas propriedades cinéticas.

 

13. Quais são as aplicações típicas de um FPA?

Aplicações típicas podem ser encontradas em todas as áreas da indústria e investigação. Começando pela análise de microplásticos, partículas e contaminações, passando pela caracterização de estruturas químicas complexas, como tecidos biológicos, produtos farmacêuticos até laminados multicamadas e lacados. Em suma, esta tecnologia de detector é utilizada onde quer que a resolução espacial muito alta e a análise de grandes áreas de amostra sejam indispensáveis.