LUMOS II

Microscopie et imagerie FTIR

Qu’est-ce que l’imagerie FTIR ?

L'imagerie chimique est un outil extrêmement efficace pour effectuer une analyse chimique très détaillée avec une grande résolution spatiale fournissant toutes les informations spectroscopiques d’un échantillon. Les propriétés de l’échantillon sont ensuite présentées sous la forme d'une image chimique.

Chaque pixel de cette image chimique est composé d'un spectre IRTF. Par l'interprétation de ces données spectrales, une image en fausse couleur peut être rendue pour accentuer et caractériser les propriétés de l'échantillon comme la structure ou la composition chimique.

Il y a plusieurs façon de créer les images. La technologie de point par point et linéaires peuvent permettre la génération d'images chimiques, mais la technologie FPA (Focal Plane Array) dite du détecteur matrice à plan focal dépasse largement ces modes de mesure tant sur le plan de la brillance spectrale que de la performance.

FTIR Imaging LUMOS II
Mesure FPA d'une inclusion blanche dans un film polymère (à droite). Chaque carré rouge représente une mesure FPA et contient 1024 spectres IRTF.

En quoi l’imagerie FPA est-elle supérieure ?

Vous avez la possibilité d’effectuer des mesures en point par point avec des pas de mesure peu espacés. Il en résulte une carte chimique de votre échantillon amplement suffisante dans de nombreux cas d’utilisation. Cependant, l’analyse de zones d'échantillonnage plus grandes prend beaucoup de temps par cette méthode. Heureusement, le LUMOS II complètement automatisé permet un effort minimal.

Par rapport au FPA et à des mesures avec un élément détecteur, les détecteurs linéaires ressemblent plus une solution hybride. Dans ce type de mesure, des détecteurs mono-élément sont disposés en série (par ex. 1 x 8) et rapportent simultanément une ligne de spectre (balayages linéaires). Ces lignes spectrales sont « incrustées » après l’enregistrement afin d’obtenir progressivement une image chimique. Les détecteurs FPA quant à eux produisent une vraie image chimique de l’échantillon avec chaque mesure. Ces images FPA peuvent ensuite fusionner afin de refléter une très grandes zones de mesure.

FPA Imaging LUMOS II
Ces images décrivent le principe des différentes techniques d'imagerie. Sur la gauche, vous pouvez voir la technologie de cartographie avec un détecteur monoéléments, au centre celle d'une barette de détecteur et à droite la vraie image chimique d'un détecteur FPA.

Bien qu’une ligne de détecteur puisse fournir des résultats plus rapides que des mesures point par point, il y a d’importantes contreparties en termes de qualité spectrale et de gestion des données. De plus, l'imagerie en ATR est dans le meilleur des cas, peu fiable et n’est réalisable qu’avec des accessoires difficilement applicables. Autrement dit, les images visuels et chimiques ne sont jamais parfaitement alignées.

Cela conduit souvent à la perte d’informations critiques des échantillons. Voire pire, en fonction de leurs propriétés et de leur structure, certains échantillons ne sont même pas appropriés pour les méthodes d'analyse.

Globalement un détecteur matrice à plan focal n'a aucune limitation. Il génère des images chimiques en enregistrant de grandes quantités de données en une seule mesure (1024 spectres avec LUMOS II et 4096 ou 16384 avec l'HYPERION). Les données sont enregistrées en étant parfaitement alignées avec l'image visuelle, quelle que soit la structure des échantillons et à une vitesse incroyable.

 

 

Avantages de l’imagerie FPA :

  • Performance d'imagerie maximale : Acquérir simultanément 1024 spectres dans chaque mode de mesure avec une résolution spatiale impressionnante.
  • Une puissance de résolution sans précédent par rapport à des mesures point par point ou linéaires.
  • Analyser de très grandes zones d'échantillonnage grâce à la combinaison de l’imagerie FPA et d’un haut niveau d’automatisation.
  • L’imagerie FPA produit des images chimiques à très haute définition dans un temps record.
  • Ajouter jusqu'à deux détecteurs supplémentaires pour maintenir la polyvalence analytique et choisir à partir d'une large sélection de détecteurs disponibles.

Il faut parfaitement maîtriser la spectroscopie IRTF et la technologie d'imagerie pour fournir le meilleur équipement analytique. Un logiciel simple, un système innovant et une automatisation parfaite vous donnent un avantage dans l’imagerie chimique IRTF.

Conclusion :

Il n'y a rien d'étonnant à ce que la technologie FPA dépasse la vitesse et la résolution spatiale des mesures linéaires ou point par point. L'applicabilité est illimitée, les données spectrales obtenues sont toujours de meilleure qualité et les temps de mesure sont aussi courts que la technique le permet.

1. Qu’est-ce que l’imagerie chimique ?

L'imagerie chimique est une méthode qui permet de résoudre spatialement toutes les caractéristiques chimiques d’un échantillon en 2D ou 3D. Cette technique permet de récolter des informations sur les propriétés, structure et l’origine des échantillons examinés.

 

2. Qu’est-ce que l’imagerie FTIR ?

Une imagerie FTIR est une façon de créer des images chimiques résolue spatialement. Chaque pixel de ces images se compose d'un spectre IR. En interprétant les spectres individuellements, des zones d'intérêts peuvent être détectées et évaluées.

 

3. Comment créez-vous des images IRTF ?

Les méthodes les plus communes sont les mesures à barrette de détecteur ou point par point et l’acquisition directe d’images 2D par un détecteur matrice à plan focal (FPA). Les détecteurs FPA offrent la solution ultime, des mesures point par point hautement automatisées sont une alternative économique.

 

4. Comment un détecteur FPA fonctionne-t-il ?

Le principe d'un détecteur FPA est similaire à celui d'une caméra numérique. La différence réside en ce qu’une matrice de pixels définie est illuminée non pas par une lumière visible, mais par une lumière infrarouge, chaque pixel de détecteur enregistrant un spectre IR indépendant et résolu spatialement.

 

5. Les détecteurs FPA requièrent-ils des diaphragmes ?

Non, un détecteur FPA ne requiert pas de diaphragme. Chaque pixel du détecteur fonctionne comme un diaphragme et enregistre donc directement une information IR spatialement. Cela permet des mesures nettement plus rapides à résolution plus élevée par rapport à d'autres techniques de détecteur.

 

6. Est-il possible de régler la résolution spatiale d'un FPA ?

La résolution spatiale d'un détecteur FPA dépend de la taille des pixels. Néanmoins, des pixels adjacents peuvent être combinés pour former un « pixel plus grand » et donc réduire la résolution spatiale ce qui permet d’améliorer la qualité spectrale.

 

7. Existe-t-il différentes tailles de FPA ?

Les détecteurs FPA existent dans différentes tailles. La taille devrait être sélectionnée en fonction du système optique (microscope). Le LUMOS II est par exemple optimisé pour une matrice de 32x32 pixels alors que le HYPERION 3000 est conçu pour une matrice de 64x64 ou 128x128 pixels. Ce dernier peut enregistrer un nombre impressionnant de plus de 16 000 spectres résolus spatialement en un seul balayage.

 

8. Un FPA plus grand est-il meilleur ?

Non, parce que la taille du détecteur FPA dépend exclusivement de l’illumination optimale fournie par le microscope. Une illumination homogène de la matrice du détecteur est importante pour garantir une sensibilité spectrale élevée en continu à la fois au centre et sur les bords du détecteur.

 

9. Quand un FPA plus grand est-il avantageux ?

Plus le détecteur FPA est grand, plus le nombre de spectres enregistrés simultanément est important. Etant donné que la résolution spatiale est indépendante de la taille de la matrice, un détecteur FPA de 128x128 couvrira une surface de mesure 16 fois plus grande qu’une matrice de détecteur de 32x32.

 

10. Les détecteurs FPA peuvent-ils être combinés à différentes techniques de mesure ?

Oui, les détecteurs FPA offrent des avantages en transmission, réflexion et réflexion totale atténuée (ATR). Lorsqu'ils sont associés à la technologie ATR, les détecteurs permettent d’obtenir une résolution spatiale extrêmement élevée.

 

11. Pourquoi la résolution des mesures FPA est-elle plus importante dans l’ATR ?

La combinaison d’une lentille hautement réfractive ( le cristal ATR Germanium) et d’un détecteur FPA « sans diaphragme » augmente la résolution spatiale d'un facteur 4 par rapport aux mesures en transmission. Cet effet est également utilisé dans les lentilles d'immersion.

 

12. Les mesures FPA sont-elles applicables à tous les échantillons ?

Étant donné que les mesures FPA peuvent être combinées à toutes les techniques de mesure, tous les types d'échantillons peuvent être en principe analysés de cette manière. Les gaz, les liquides volatils ne peuvent pas être analysés au microscope compte tenu de leurs propriétés cinétiques.

 

13. Quelles sont les applications typiques pour un détecteur FPA ?

Des applications typiques sont dans tous les secteurs de l’industrie et de la recherche. À commencer par l’analyse des microplastiques, des particules et des contaminations en passant par la caractérisation des structures chimiques complexes comme un tissu biologique, des produits pharmaceutiques ou encore des multicouches et vernis. En bref, cette technologie de détecteur est utilisée dans toutes les applications où une résolution spatiale élevée et une analyse de grandes zones sont indispensables.