Fundamentos de espectroscopia

Guia para Microscopia FT-IR

Explicamos brevemente os fundamentos da microscopia de infravermelho (IV) e centramo-nos nas questões básicas sobre detectores, mapeamento e imagem FT-IR.

Noções básicas de microscopia FT-IR

Começando

O que é Microscopia de Infravermelho ou μ-FT-IR? Há alguma diferença?

Sobre microscopia infravermelha (IR)

A microscopia de infravermelho ou FT-IR é a emocionante combinação de microscopia de luz convencional e uma identificação química única por espectroscopia FT-IR.


Individualmente, ambas as técnicas são já bastante poderosas, mas juntas oferecem a possibilidade de examinar quimicamente os menores objetos, combinando caracterização espectral com resolução espacial.


Dito isto, existem alguns obstáculos tecnológicos, uma vez que a microscopia óptica convencional usa lentes de vidro que não permitirá que a luz IV passe livremente, e tal necessário para se poder analisar amostras por espectroscopia de infravermelho.

Assim, devem ser utilizadas lentes especiais utilizando materiais transparentes ao IV ou objectivas de cassegrain.

Sobre a amostragem em microscopia FT-IR

Exemplos típicos da aplicação de μ-FT-IR são partículas e danos de reduzidas dimensões em produtos, revestimentos em superfícies metálicas, estudos de cristal único e muito mais.

Em geral, os mesmos métodos podem ser utilizados na microscopia de IV da mesma forma que para amostras macroscópicas, ou seja, transmissão, reflexão e ATR.

No entanto, para medições em transmissão ou transflexão, as amostras devem ser muito finas (<15 μm) ou estar disponíveis como pastilhas de KBr, o que pode ser um grande desafio durante a preparação da amostra.

Tal como na espectroscopia, a técnica de ATR oferece vantagens decisivas na microscopia, que tornaram esse método de análise não destrutivo o padrão.

Sobre a ATR em microscopia

ATR significa reflexão total atenuada e é aplicada pressionando um cristal com uma ponta muito fina na amostra. A luz infravermelha passa através o cristal e interage com a amostra abaixo dele, produzindo um espectro de infravermelho.

Deve-se notar que a técnica de ATR produz dados FT-IR de alta qualidade de quase todo o tipo de amostra sem necessidade de preparação prévia. Além disso, também oferece vantagem no que respeita a resolução espacial.

O cristal de germânio actua como uma lente de imersão sólida, melhorando a resolução espacial por um factor de 4, quando comparado com as medidas em transmissão e reflexão. Desta forma, pode facilmente analisar amostras com apenas alguns micrometros.

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Sobre detectores em microscopia FT-IR

Análise comparativa de diferentes detectores de IV. Detectores TE-MCT e LN-MCT apresentam uma relação sinal-ruído quase idêntica com uma abertura de 30 μm e tempo de medição de 1 min.

Descrevemos acima a forma de como o μ-FTIR pode ser usado com o clique de um botão, e esta é a abordagem comum tanto para aplicações simples como fins de investigação. Como pode imaginar, quanto menores forem certas partículas, mais difícil será obter um bom espectro de infravermelho.

É exactamente por isso que detectores de alta sensibilidade são usados para este tipo de aplicações. Entre aqueles existem os chamados detectores de elemento único e os detectores de imagem. Como esta página lida com microscopia, concentrar-nos-emos em detectores de elemento único, consequentemente: DLaTGS, TE-MCT e LN-MCT.

Deseja mais informação básica sobre espectroscopia FT-IR?

Microscópios FT-IR modernos como o LUMOS II podem acomodar até três detectores no mesmo instrumento.

Os detectores de SUlfato de Triglicina Deuterada dopada com Lantânio α Alanina (DLaTGS) exibem o efeito piroelétrico mais eficaz conhecido e são detectores versáteis que não precisam de arrefecimento externo para produzir espectros de alta qualidade. No entanto, assim que a abertura (e as amostras) ficam cada vez menores e menos luz chega ao detector, a qualidade do espectro diminui rapidamente.

Abaixo de 50 μm, é melhor optar por um detector de telureto de mercúrio e cádmio arrefecido (MCT), que oferece maior sensibilidade em cenários de pouca luz. O uso de um MCT arrefecido termoeletricamente tornou-se a solução padrão, pois é continuamente refrigerado e não requer manutenção.

Mas ainda assim, para as amostras abaixo de 10 μm de tamanho, os MCTs arrefecidos por nitrogénio líquido (LN-MCTs) são a melhor opção, mas, é claro, precisam de algum tempo para arrefecer e/ou podem precisar de recarga com nitrogénio líquido durante o uso prolongado. Fica a faltar a última, mas mais poderosa maneira de fazer microscopia FT-IR:

Imagem focal-plane-array (FPA).

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Sobre imagem FT-IR

Se você quiser realizar análises químicas altamente detalhadas em rtermos de esolução espacial, não há como contornar detectores de matriz de plano focal (FPA).

Nestas chamadas imagens químicas ou FT-IR, cada pixel contém um espectro de infravermelho completo. Interpretando esse dados FT-IR, a natureza da amostra pode então ser avaliada com precisão! A vantagem do uso de detectores FPA é apenas a resolução extremamente elevada (especialmente para medições ATR). Em comparação com medidas com detectores de matriz linear, aqueles são mais rápidos, mais precisos e calibrados pelo laser.

Para obter mais informações sobre imagens FT-IR, criamos uma página separada.

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Aplicação da Microscopia FT-IR

Quer estejamos a falar de microplásticos ou limpeza técnica, a microscopia de infravermelho é o método de eleição para detectar partículas menores não apenas visualmente, mas também pela sua identificação química subsequente.

Há basicamente duas abordagens. A primeira e mais simples, consiste em pegar na sua amostra (por exemplo, uma superfície exibindo uma contaminação) e subetê-la directamente à análise μ-ATR. Este método limpo e rápido funcionará até mesmo para partículas embutidas em matrizes complexas como sejam plástico contido em sedimentos de rio. Esta abordagem aplica-se principalmente na análise de falhas e investigação das suas origens.

Quando se investigam amostras de água ou ar, é melhor usar filtros especiais de um material que permitirá que a luz do IV passe livremente, pois os materiais padrão (por exemplo, Nitrocelulose) absorverão uma parte significativa do feixe de IV. Esses filtros são então analisados por transmissão. Este método é usado  especialmente na análise de partículas

Vídeos & Tutoriais de Microscopia FT-IR

Aplicação da microscopia FT-IR num caso de utilização tradicional: análise de falhas.
Análise de um laminado de várias camadas de polímero usando microscopia FT-IR.
Imagem de tecido usando um detector de FPA.

FAQ de Microscopia FT-IR

A gota d'água

Perguntas frequentes sobre microscopia FT-IR

1. O que é microscopia FT-IR?

É a aplicação de uma medição FT-IR a uma amostra microscópica. Por isso, combina a microscopia tradicional e a análise química numa única ferramenta. É idealmente usado em análise de falhas e ciência de materiais.

2. Por que é que um microscópio FT-IR precisa de aberturas?

Como na microscopia de IV são usados detectores muito sensíveis, é importante evitar saturar o detector de IV. Além disso, as aberturas permitem adaptar o ponto de medição ao tamanho da amostra para adquirir um espectro muito melhor. Imagine um floco de polietileno de 10 μm embutido dentro de uma matriz de PET. Se nesse caso você usasse uma abertura de 30 μm em vez de uma adequada de 10 μm, o espectro resultante conteria muito mais contribuição da matriz PET do que da contaminação de PE.

3. Qual é o menor objecto que a microscopia FT-IR pode analisar?

Isso depende do microscópio, detector e técnica de medição utilizados. Mas um HYPERION, equipado com um detector de FPA e usando microscopia ATR pode analisar objectos no limite de difracção da luz IV, ≤ 1 μm.

3. Por que é que um cristal ATR de germânio aumenta a resolução?

O germânio tem (comparado com muitos outros materiais ATR) um índice de refracção muito alto. Como está em contacto directo com a amostra, isso significa que ela age como uma lente de imersão sólida, aumentando a resolução espacial por um factor de 4 (índice de refracção) em comparação com as medições de transmissão padrão.

4. O que é imagem FT-IR?

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