HYPERION II
FT-IR und QCL.
Vereint. Schneller. Besser.
Die IR-Mikroskopie- und Bildgebungsforschungsplattform
Was ist neu beim HYPERION II:
Wie wir Infrarot-Laserbildgebung integriert haben:
Unsere patentierte räumliche Kohärenzreduktion:
FT-IR-Mikroskopie ergänzt durch Infrarotlaser Bildgebung (QCL)
Der HYPERION II ist synonym mit Innovation in der Geschichte der Infrarotmikroskopie. In seiner neuesten Version ermöglicht es IR-Bildgebung bis an die Beugungsgrenze des Lichtes und setzt immer noch Maßstäbe in der ATR-Mikroskopie. Es kombiniert FT-IR und Infrared Laser Imaging (ILIM) Mikroskopie in einem einzigen Gerät und bietet alle drei Messmodi: Transmission, Reflexion und ATR.
HYPERION II Eigenschaften:
- µ-FT-IR Detektoren:
Breit-, Mittel-, Schmalband-LN2-MCTs,
thermoelektrisch gekühlter (TE-) MCT. - Focal-Plane-Array-Detektor für Infrarot-Bildgebung (64 x 64 oder 128 x 128 Pixel).
- QCL-Implementierung durch Laser Infrared Imaging Module (ILIM, Laserklasse 1)
- Objektivauswahl: 3,5x/15x/36x IR,
20x ATR, 15x GIR, 4x/40x VIS. - Erweiterung des Spektralbereichs – von Nahinfrarot (NIR) bis Ferninfrarot (FIR)
- Auswahl der Blenden: manuelle Schneidenblende, automatisierte Schneidenblenden oder Blendenrad. (Metallschneidenblenden für NIR/VIS)
- Vielzahl an Zubehören und Probentischen:
Makro-IR-Bildgebungszubehör, Kühl- und Heiztische, externe Probenkammern, uvm. - Eine Auswahl an visuellen/optischen Werkzeugen: Dunkelfeldbeleuchtung, Fluoreszenzbeleuchtung, VIS-Polarisatoren, IR-Polarisatoren uvm.
HYPERION II bietet:
- Perfekte Übereinstimmung von spektralen und visuellen Bildern. Dies gilt für alle Messmodi und explizit auch für die ATR-Bildgebung.
- IR Mikroskopie mit höchster Empfindlichkeit an der physikalischen Beugungsgrenze des Lichtes.
- Weltweit erste Kombination von FT-IR- und QCL-Technologie durch unser Infrared Laser Imaging Module (ILIM, Laserklasse 1).
- Infrarot-Laserbildgebung in allen Messmodi (ATR, Transmission, Reflexion).
- Patentierte räumliche Kohärenzreduzierung für artefaktfreie Laser-Imaging-Messungen ohne Empfindlichkeits- oder Geschwindigkeitsverlust.
- Hohe Abbildungsgeschwindigkeiten:
0,1 mm2pro Sekunde (FPA, Vollspektrum)
6,4 mm2 pro Sekunde (ILIM, bei 1er Wellenzahl) - Optionaler TE-MCT-Detektor zur Durchführung von IR-Mikroskopie mit hoher Auflösung und Empfindlichkeit ohne flüssigen Stickstoff.
- Emissionsspektroskopie und optionale Spektralbereichserweiterungen.
HYPERION II Anwendungen:
- Life Science | Zellbildgebung
- Pharmazeutika
- Fehleranalyse und Ursachensforschung
- Forensik
- Mikroplastik
- Industrielle Forschung und Entwicklung
- Polymere & Kunststoffe
- Oberflächencharakterisierung
- Emissionsstudien an Emittern (LED, VOXEL)
- Halbleiter
Das FT-IR Forschungsmikroskop für Pioniere und die die es werden wollen
Kaum eines unserer IR-Mikroskope verkörpert unsere Anwender so gut wie das HYPERION II:
Es ist flexibel, präzise, anpassungsfähig und immer an der Grenze des Machbaren.
Im IR haben Sie jederzeit die volle Kontrolle
Bei anspruchsvollen Experimenten geht es vor allem darum jede Stellschraube im Griff zu haben, jeden Parameter exakt einstellen und die Proben optimal handhaben zu können. Genau das ist die Grundlage des HYPERION II und sein wertvollstes Kapital: die absolute Kontrolle über das Experiment.
Ob FT-IR-Messungen im Einzelpunkt-Modus, beim Mapping oder der Bildgebung mit verschiedenen Detektoren oder Objektiven und egal mit welchem Probentisch: Sie entscheiden wohin es geht.
Das ist der klare Unterschied zu unserem LUMOS II IR-Mikroskop. Wo das LUMOS II dem Anwender mühsame experimentelle Einstellungen abnimmt und den Messprozess automatisiert, bleibt das HYPERION II das präzise Werkzeug, dass genau das tut, was der Anwender von Ihm verlangt - mit höchster Qualität.
Der Vergangenheit ein Denkmal setzen
Die meisten Anwender kennen die Stärken des HYPERION II dank des Vorgängers, der über 20 Jahre synonym mit Innovation in IR-Mikroskopie und Bildgebung war. Und all die Dinge, die das HYPERION zu einem herausragenden
FT-IR-Mikroskop gemacht haben, sind immer noch da. Nur eben schneller, besser und mit einer neuen, intuitiven Bedienoberfläche.
Das HYPERION II besitzt alle Funktionen, die Sie in Ihrer täglichen Forschungsroutine benötigen: flüssigstickstoff- und thermoelektrisch-gekühlte MCTs, Focal-Plane Array Imaging-Detektoren, VIS- und IR-Mikroskopiewerkzeuge wie spezielle Polarisatoren und natürlich die bekannte Fülle an speziellem Zubehör.
Mit dem HYPERION II wollten wir ein weiteres mal Maßstäbe in der FT-IR-Mikroskopie und Bildgebung setzen und unserem Namen als Innovationsführer gerecht werden. Wir führen eine neue und spannende Technologie ein und behalten all die guten, etablierten und geschätzten Dinge, die das HYPERION ausmachten.
FT-IR durch Infrarot-Laserbildgebung (QCL) erweitern
QCL und FT-IR in einem Mikroskop
Zum ersten Mal können Anwender auf ein IR-Mikroskop zugreifen, das FT-IR- und QCL-Technologie in einem Gerät kombiniert. Mit einem Knopfdruck wechseln Sie zwischen den Modi hin und her und können Ihre Probe so intuitiv analysieren.
Nehmen Sie ein FT-IR-Spektrum auf, wählen Sie die interessanten Wellenlängen aus, die Sie mit QCL untersuchen möchten, und erstellen Sie in Sekundenschnelle atemberaubende chemische Bilder.
Dieser völlig neue Ansatz der FT-IR- und Infrarot-Laserbildgebung gibt Anwendern, Forschern und Wissenschaftlern endlich ein Werkzeug an die Hand, mit dem Sie neue Anwendungen zu entwickeln, aber auch etablierte und bewährte Methoden verbessern können.
Ein echtes QCL-Mikroskop mit außergewöhnlicher Leistung
Das HYPERION II bietet kompromisslose QCL-Mikroskopie in einem hochmodernen FT-IR-Mikroskop. Genauer gesagt haben wir sogar eine neuartige Kohärenzreduktionstechnologie entwickelt und patentiert, um eine beispiellose IR-Laserbildgebung zu ermöglichen - ohne digitale Nachbearbeitung.
Zur Veranschaulichung: Im klassischen FT-IR spielt räumliche Kohärenz keine Rolle. Bei IR-mikroskopischen Messungen mit einer QCL treten jedoch unweigerlich räumliche Kohärenzphänomene auf. Diese Fransen und Flecken in IR-Bildern und Spektren gelten im Allgemeinen als extrem schädlich für die chemische Bildgebung (siehe rechts; DOI: 10.1002/jbio.201800015).
In solchen Fällen ist es tatsächlich nicht trivial, die chemischen Informationen der Probe von der physikalischen Information zu trennen, die die Phasenbeziehung der gestreuten Photonen beschreibt. Das HYPERION II adressiert dieses Problem pragmatisch und löst es durch intelligentes Hardware-Design.
Es eliminiert räumliche Kohärenz an der Wurzel und ermöglicht die Erfassung artefaktfreier chemischer Bildgebungsdaten.
FT-IR- und QCL-Spektroskopie im Vergleich
Bevor man sich an einen Vergleich beider Techniken macht, muss man wissen, dass beide Techniken ähnliche Aufgaben nicht gleich gut durchführen und FT-IR nicht einfach durch Infrarotlaser Mikroskopie ersetzt werden kann. Denn: FT-IR- und Infrarot-Laserbildgebung haben jeweils einzigartige Vorteile und nur eine Kombination aus beidem kann die besten Ergebnisse erzielen, ähnlich wie bei IR- und Raman-Mikroskopie.
Außerdem ist uns klar, dass die meisten Anwender und Wissenschaftler die Universalität von FT-IR nicht missen möchten. Ehrlich gesagt, mag es niemand nur auf eine einzige, hochmoderne Technik ohne Bezugspunkt beschränkt zu sein. Glücklicherweise ist das HYPERION II beides. Ein außergewöhnliches FT-IR-Bildgebungsmikroskop und ein ehrgeiziges QCL-Mikroskop.
Diese Dualität ist zentral für das HYPERION II. Dort, wo die QCL-Technologie Daten signifikant schneller beim gleichen Signal zu Rauschen aufzeichnet, ist sie immer noch auf einen kleinen Bereich des MIR beschränkt. FT-IR jedoch löst genau diese Beschränkung auf. Auch hier bleiben wir dem Konzept des HYPERION II treu. Sie haben die Wahl. Sie haben die volle Kontrolle.
IR-Mikroskopie-Anwendungen (FPA, MCT, QCL)
Biologische Gewebeanalyse
Arzneimittelentwicklung
Forensische Wissenschaften
Materialwissenschaft
Geologie und Mineralogie
Mikroplastik-Analyse
Energiewerkstoffe/ Photonische Kristalle
In Arpin et al. (2013) behalten selbstorganisierte dreidimensionale photonische Wolframkristalle ihre Struktur bis zu ~1.400 °C bei und weisen gleichzeitig maßgeschneiderte IR-Reflexions- und Emissionsspektren auf, die eine verstärkte nutzbare thermische Emission sowie eine unterdrückte unerwünschte IR-Emission zeigen.
Die Rolle von HYPERION: Die Forscher verwendeten IR-Reflexion, um mittels des Kirchhoffschen Strahlungsgesetzes den spektralen Emissionsgrad abzuleiten und einen direkten Zusammenhang zur Steuerung des Emissionsgrades herzustellen.
Nanophotonics / Bioanalytics
Amenabar et al. (2013) demonstrierten die Infrarot-Nanospektroskopie (Nano-FT-IR) zur Kartierung einzelner Proteinkomplexe (z. B. Ferritin, Insulinfibrillen) mit einer lateralen Auflösung von ~30 nm. Dabei interpretierten sie lokale Breitbandspektren im Amid-I/II-Bereich, um die Sekundärstruktur im Nanobereich abzuleiten.
Die Rolle von HYPERION: FT-IR-Spektren wurden als Referenzspektren aufgenommen und um Peakpositionen und Bandenformen mit den Nano-FT-IR-Daten zu vergleichen, wodurch die Zuordnung lokaler Sekundärstrukturresonanzen unterstützt wurde.
Plastmonics / Supercrystals
Mueller et al. synthetisierten dreidimensionale, selbstorganisierte Goldnanopartikel-„Superkristalle“ und zeigten, dass Plasmonenpolaritoneneine starke Nahfeld-verstärkung über den sichtbaren bis mittleren IR Bereich induzieren, und sowohl SERS als auch SEIRAS von Ligandenmolekülen möglich werden.
Die Rolle von HYPERION: Es wurden IR-Reflexions- und Transmissionsspektren von plasmonischen Superkristallfilmen aufgenommen, die die Kopplung zwischen plasmonischen Moden und Molekülschwingungen demonstrieren und die SEIRAS-Verstärkung quantifizieren.
On-Chip-Screening / Biomedical
In Benz et al. (2020) wurde ein dendrimer-basierter Indiumzinnoxid (ITO)-Träger verwendet, um >50.000 Nanotröpfchengefäße pro Platte zu erzeugen. Dies ermöglichte die chemische Synthese auf dem Chip sowie ultrasensitive MALDI-TOF-MS, UV-Vis-Reaktionsüberwachung (RM) und IR-Spektroskopie auf dem Chip für Reaktionsverfolgung und Charakterisierung im Rahmen der Hochdurchsatz-Wirkstoffforschung.
Die Rolle von HYPERION: IR-Spektren von den Tropfenarray-Punkten lieferten molekulare Schwingungsabsorptionssignaturen, die MS- und UV-Vis-Daten ergänzten und somit die Hochdurchsatzcharakterisierung der synthetisierten Bibliothek unterstützten.
Plasmonik / Metamaterialien
Paggi et al. (2023) demonstrieren einen überkoppelten Metaoberflächen-Resonator, der die molekulare Schwingungsabsorption im gesamten mittleren Infrarotbereich (5–10 μm) verstärkt, indem er schwache plasmonische Moden an Molekülschwingungen koppelt, und dabei Reflexionsänderungen von bis zu 1 % pro Nanometer Molekülschichtdicke erzielt.
Die Rolle von HYPERION: IR-Spektren im mittleren Infrarotbereich ermöglichten es, den Einfluss des Metasurface-Resonators auf Schwingungsmoden zu beurteilen, den Breitband-SEIRA-Mechanismus zu beleuchten und die Entwicklung von Detektionsplattformen zu unterstützen.
Polarisationsmikroskopie / Nanomaterialien
Honda et al. (2019) demonstrierten die Infrarot-Polariskopie mittels hyperspektraler Bildgebung mit einem Focal Plane Array (FPA)-Detektor im Infrarotbereich unter Beleuchtung mit thermischen und Synchrotron-Lichtquellen. Sie zeigen, dass die für die Polarisation bei Infrarotwellenlängen benötigte Zeit durch die FPA-FT-IR-Bildgebung deutlich reduziert werden kann.
Die Rolle von HYPERION: Sowohl die Offline-FPA-FTIR-Experimente als auch die synchrotron-basierte hyperspektrale Bildgebung wurden mit Hyperion durchgeführt, wodurch die Analyse der gezielten Subwellenlängenmerkmale mittels Polarisation ermöglicht wurde.
Energiematerialien / Metamaterialien
Dyachenko et al. berichten über die Entwicklung und Herstellung eines hochschmelzenden, mehrschichtigen Metamaterials aus Wolfram und Hafniumdioxid, das einen optischen topologischen Übergang zwischen nahezu nullwertiger und hyperbolischer Dispersion aufweist. Dieser Übergang ermöglicht die Kontrolle der thermischen Emissionseigenschaften des Materials bei hohen Temperaturen und somit die selektive Einstellung des Emissionsgrades.
Die Rolle von HYPERION: Es wurden Reflexionsspektren im NIR-Bereich aufgenommen, um die spektrale Position und Stärke optischer Resonanzen in der Multilayer-Struktur zu bestimmen.
Optics / IR Imaging
Stavitski et al. (2013) erreichten eine beugungsbegrenzte Ortsauflösung durch die Kopplung von Synchrotron-Infrarot-(IR)-Strahlführungen an Fokalebenenarray-Detektoren (FPA). Dies ermöglichte die Vollfeldabbildung mit hoher chemischer Empfindlichkeit und kurzen Messzeiten. Mit diesem Ansatz kartierten sie erfolgreich die chemische Zusammensetzung heterogener Proben mit einer Ortsauflösung bis zu etwa 5 µm.
Die Rolle von HYPERION: Ausgestattet mit einem FPA-Detektor diente HYPERION als Bildgebungsplattform, die an das Synchrotron gekoppelt war und für die chemische und Zusammensetzungsanalyse verwendet wurde.
Katalyse / Energiematerialien
Cao et al. berichten über die Verwendung von Operando-Synchrotronstrahlungs-FTIR (SR-FT-IR) unter Arbeitspotentialen zur Detektion einer reversiblen Vibrationsabsorptionsbande bei ~764 cm⁻¹ eines atomar dispergierten Ru₁–N₄-Katalysators, die sie der Adsorption/Desorption eines Sauerstoffzwischenprodukts (O*) zuschreiben und damit die dynamische Beteiligung von O-Spezies an der Ru-Stelle während der Katalyse aufzeigen.
Die Rolle von HYPERION: Ein Operando-SR-FT-IR-Aufbau wurde verwendet, um den Katalysator unter Vorspannung räumlich und spektroskopisch zu untersuchen. Dabei wurde die Schwingungssignatur von O* an der Ru-Stelle erfasst und ein direkter Zusammenhang zwischen der Adsorption von Zwischenprodukten und der katalytischen Funktion hergestellt.
Katalyse / Energiematerialien
In der Arbeit von Su et al. entwerfen die Autoren CuO-Cluster auf N-dotiertem Kohlenstoff und zeigen, dass sich diese Cluster unter angelegtem Potential dynamisch in Cu₂–CuN₃-Spezies mit Ladungsasymmetrie rekonstruieren. Dies korreliert mit einer hohen Faradaischen Ausbeute hinsichtlich der C₂⁺-Produkte (insbesondere Ethanol). Sie kombinieren Operando-XAS, Quasi-in-situ-XPS und Operando-FT-IR (mit DFT-Unterstützung), um Struktur-, Elektronik- und Adsorbatänderungen in Echtzeit zu verfolgen.
Die Rolle von HYPERION: Im Rahmen des Operando-FTIR-Aufbaus wurde es eingesetzt, um den Synchrotron-IR-Strahl in die Reaktionszelle zu fokussieren und Reflexionsspektren unter angelegten Potenzialen zu erfassen. Diese Messungen ermöglichen die Verfolgung molekularer Schwingungsmerkmale und Ladungsasymmetrie-Signaturen der Cu₂–CuN₃-Cluster und untermauern somit die Struktur-Aktivitäts-Korrelationen unter realen Bedingungen.
IR-Abtastungszubehör und Objektivlinsen
Validierungsplatte
MicroVice Probenhalter
ATR-Makro-Imaging-Zubehör
Filterhalter
Heiz- und Kühlstufe
3,5-faches Objektiv
Standard-Objektive
ATR-Objektiv
Streifwinkel-Objektiv
Diamant-Kompressionszelle
OPUS Release 9.0 Highlights für HYPERION II | Q1 2025
Neue Funktion: A.I.D Autonomous Composition Identifier: Dieser Algorithmus bestimmt autonom die Zusammensetzung von unbekannten Mischungen und vereinfacht Suche und Identifizierung.
A.I.D. ist ein KI-gestütztes Softwaretool zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Proben anhand von IR- oder Raman-Spektraldaten. Er integriert die bisherigen O/SEARCH-Funktionen und ergänzt sie um einen mehrstufigen Algorithmus, der die beste Übereinstimmung aus Referenzspektraldatenbanken findet – sowohl bei Reinstoffen als auch bei komplexen Gemischen. A.I.D. wertet die Ergebnisse intelligent aus und empfiehlt optimale Übereinstimmungen mit einem ausgewogenen Verhältnis von Zuverlässigkeit und Sensitivität. Dabei werden automatisch Diagnosen und visuelle Berichte generiert, einschließlich Restspektren und Diagrammen zur Trefferqualität. Das Tool liefert in Sekundenschnelle leistungsstarke Ergebnisse und unterstützt die detaillierte, interaktive Analyse alternativer Identifizierungen.
Neue Funktion: Kolokale Messung – Einheitliche Analyse mittels IR- und Raman-Spektroskopie
Die Funktion „Kolokale Messung“, Bestandteil des OPUS/OBJECT-Pakets, ermöglicht die nahtlose Analyse desselben Bereichs mikroskopischer Proben mittels IR- und Raman-Mikroskopie. Sie erlaubt den Transfer von Übersichtsbildern und Messbereichen zwischen den Geräten LUMOS II, HYPERION II und SENTERRA II. Dadurch wird sichergestellt, dass IR- und Raman-Daten exakt vom selben Punkt erfasst werden, was komplementäre chemische Erkenntnisse ermöglicht. Die kolokale Messung schließt die Lücke zwischen den beiden Techniken, verbessert die Datenkorrelation und erhöht die Zuverlässigkeit der Ergebnisse bei heterogenen oder komplexen Proben.
Aktualisierte Funktion: OPUS/OBJECT vereint jetzt „Partikelsuche“ und „Cluster-ID“
Die Partikelidentifizierungsfunktion (Bestandteil des OPUS/OBJECT-Pakets) kombiniert die Leistungsfähigkeit von „Partikelsuche“ und „Cluster-ID“ in einem optimierten Arbeitsablauf. Sie erkennt Partikel in IR- und Raman-Spektren, bestimmt deren Abmessungen und identifiziert deren chemische Zusammensetzung – alles in einem Schritt. Dieser integrierte Ansatz vereinfacht die Analyse und beschleunigt die Entscheidungsfindung bei komplexen Proben.
OPUS Release 8.7 | HYPERION II | Q3 2021
Neue Funktion: Chemische Bilderzeugung durch Adaptive K-means Clustering
Die Adaptive K-means Clustering Funktion basiert auf einem neuen Algorithmus, der eine autonome Bestimmung der spektralen Varianz innerhalb Ihrer chemischen Bildgebungsergebnisse ermöglicht.
- Eine zeitaufwändige Suche nach der Anzahl der enthaltenen chemischen Klassen ist nicht mehr notwendig, da der Algorithmus alle enthaltenen chemischen Klassen selbständig vorhersagen kann.
- Diese Hauptfunktion ist wichtig für alle Arten der chemischen Bildgebung bzw. Verteilungsanalyse von Inhaltsstoffen bei unbekannten Proben oder kleinen Strukturen innerhalb größerer Datensätze.
- Zusammen mit HYPERION II wird die Analyse noch schneller, einfacher und genauer.
Neue Funktion: "Cluster ID"-Funktion zur Identifizierung von Klassen in 3D-Spektraldaten
Unsere neue Cluster ID-Funktion ermöglicht die Identifizierung von Clustern in Bildgebungs- und Kartierungsdaten mittels folgenden OPUS-Funktionen: Spektrensuche in Bibliotheken, Schnellvergleich oder Identitätstest.
- Einfache Bestimmung der chemischen Identität von klassifizierten Probenbestandteilen für Partikel, Schichten in Laminaten, pharmazeutischen Tabletten und anderen inhomogenen Materialien.
- Generieren Sie zuverlässige und umfassende Statistikberichte über Menge, Größe und natürlich Identität aller analysierten Strukturen werden bereitgestellt und führen die Partikel- und technische Sauberkeitsanalyse auf ein neues, eigenständiges Niveau.
Aktualisierte Funktion: "Find Particles"-Funktion enthält verbesserte Methodik
Die bewährte Funktion "Find Particle" kann nun sowohl auf das visuelle als auch auf das IR-Bild angewendet werden. Mit dieser aktualisierten Funktion können Sie Partikel auf der Grundlage von chemischen Bildern, die mit dem HYPERION II gemessen wurden, erkennen.
- Während die Partikelerkennung bei kontrastarmen Strukturen und nicht-weißen/transparenten Partikeln/Fasern auf nicht-weißen Filtermembranen mühsam sein kann, ermöglicht eine Partikelbestimmung nach dem Lauf auf der Grundlage des chemischen IR-Bildes die Bestimmung von Menge und Größe der Partikel anhand der Bildgebungs- oder Mapping-Ergebnisse.
- Mit der Partikelsuchfunktion in Verbindung mit dem HYPERION II entgeht Ihnen kein Detail - weder im visuellen noch im IR-Bereich.
Literaturraum
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