Руководство по ИК Фурье визуализации
Основы ИК Фурье визуализации
Что представляет собой ИК Фурье визуализация?
Химическое изображение (визуализация) содержит информацию о молекулярном составе исследуемого образца в каждом пикселе. В случае инфракрасной (ИК) визуализации это означает что каждый пиксель содержит ИК-спектр всех компонентов образца. В результате полученное изображение отображает дифференциальные химические свойства исследуемого образца на основе данных инфракрасного излучения.
В дальнейшем полученные спектральные данные можно использовать для решения большого количества аналитических вопросов. Например, создание изображений в контрастной цветовой гамме для подчеркивания и характеризации свойств образца является стандартным приложением. В целом ИК Фурье визуализация дает четкое представление о химическом составе образца.
Стандартным методом для получения таких изображений является ИК-Фурье микроскопия, что не накладывает каких либо ограничений на используемый метод регистрации ИК спектров. Вы можете получить ИК изображения используя все доступные для метода ИК Фурье спектрометрии режимы: НПВО, отражение и пропускание.
Как создаются ИК изображения?
Самый простой способ создать ИК изображения - выполнить последовательные одиночные ИК измерения через определенные расстояния на образце. Комбинируя данные полученные методом ИК спектрометрии с привязкой области регистрации к пространственным координатам, можно найти ответы на такие элементарные проблемы, как вопросы об однородности покрытия. Данный прием называется поточечным картированием.
Однако для более эффективного создания химических ИК изображений требуются специальные инфракрасные детекторы. Существует два стандартных решения: детекторы с линейной решеткой или двумерной решеткой в фокальной плоскости (FPA).
В то время как детекторы с линейным расположением чувствительных элементов представляют собой довольно дешевое гибридное решение, детекторы FPA являются современной, значительно более продвинутой технической реализацией. Они позволяют получать изображения с высоким разрешением при определенном пиксельном формате, например 64 x 64 пикселя в одном кадре. Таким образом, изображение, полученное на таком детекторе, при одном сканировании будет состоять из более чем 4000 ИК-спектров!
Данный подход позволяет достичь пространственного разрешения в инфракрасной микроскопии вплоть до физического дифракционного предела инфракрасного излучения!
Об имейдженговых ИК детекторах
Для проведения измерений на детекторах с линейным расположением чувствительных элементов, данные элементы располагаются последовательно. (например, 1 x 8) и при единичном сканировании одновременно отображают линейную последовательность спектров (линейное сканирование). Эти линейные последовательности содержащие спектры образца после записи программно «сшиваются» для получения химического изображения. Хотя линейный массив может обеспечить получение более быстрого результата, чем поточечные измерения, данный подход приводят к серьезным компромиссам в качестве спектральной информации и обработке данных. Кроме того, получение изображений с помощью ATR в лучшем случае ненадежно и возможно только с неудобными в использовании устройствами.
С другой стороны, детекторы FPA состоят из двумерной матрицы ИК-детекторов. (например, 32x32, 64x64, 128x128 и т. д.). Таким образом, они получают истинное химическое изображение образца при каждом измерении сразу без сшивания. В конечном итоге матричный детектор c двумерной решеткой в фокальной плоскости (FPA)не имеет ни одного из перечисленных выше ограничений. Данные записываются в идеальном соответствии с визуальным изображением, независимо от структуры образца и с непревзойденной скоростью.
На рисунке ниже демонстрируется принцип работы одноэлементных детекторов, линейных и матричных детекторов c двумерной решеткой в фокальной плоскости. Как показано, принципы работы с одним элементом и линейным массивом представляют собой последовательные методы, которые шаг за шагом собирают данные изображения.
Преимущества матричных FPA детекторов для ИК визуализации
- Высочайшее качество изображения: одновременно регистрация до 1024 спектра в любом из режимов измерения с впечатляющим пространственным разрешением. • Непревзойденная разрешающая способность по сравнению с поточечными или линейными измерениями.
- Возможность анализировать очень большие площади образцов благодаря сочетанию регистрации ИК изображений матричным детектором и высокой степени автоматизации ИК микроскопа.
- FPA-визуализация позволяет получать химические изображения высочайшего разрешения в кратчайшие сроки.
- Возможность установки до двух дополнительных детекторов, для обеспечения универсальности анализа. Широкий выбор доступных детекторов.
Технология регистрации спектров с использованием детекторов FPA, очевидно, превосходит таковую для линейных и одноэлементных детекторов, как по скорости регистрации, так и по пространственному разрешению. Применимость метода не ограничена, полученные спектральные данные всегда самого высокого качества, а время измерения минимально.
ИК Фурье визуализация FAQ
Часто задаваемые вопросы по ИК Фурье визуализации
1. Что представляет собой Химическая визуализация?
Химическая визуализация - это метод пространственного разрешения химических свойств образца на 2D или 3D изображениях. С помощью этого метода можно получить информацию о свойствах материала, структуре и происхождении исследуемых образцов.
2. Что представляет собой ИК визуализация?
ИК визуализация является одним из способов создания пространственных химических изображений с пространственным разрешением. Каждый пиксель полученных изображений содержит ИК-спектр соответствующего участка образца. Интерпретируя отдельные спектры, можно обнаружить и оценить интересующие области образца.
3. Как Вы получаете ИК изображения?
Распространенными методами являются последовательные поточечные измерения или линейной матрицы, а также прямое получение 2D-изображений с помощью детектора с матрицей в фокальной плоскости (FPA). Хотя детекторы FPA представляют собой непревзойденное по целому ряду параметров решение, высокоавтоматизированные одноточечные измерения являются экономичной альтернативой.
4. Как устроен и работает матричный FPA детектор?
Принцип работы матричного FPA детектора аналогичен принципу работы цифровой камеры. Однако вместо видимого света соответствующий массив пикселей освещается инфракрасным излучением, при этом каждый пиксель детектора регистрирует независимый, пространственно разрешенный ИК-спектр.
5. Требует ли матричный FPA детектор апертуры?
Нет, матричный FPA детектор не требует никаких апертур. Каждый пиксель детектора функционирует как апертура и, таким образом, напрямую записывает распределенную по исследуемой площади ИК информацию. Это позволяет проводить измерения быстрее и с более высоким разрешением по сравнению с другими методами обнаружения.
6. Возможно ли настраивать пространственное разрешение матричного FPA детектора?
Пространственное разрешение матричного FPA детектора зависит от размера отдельных пикселей детектора. Однако соседние пиксели могут быть объединены в кластер программно, чтобы сформировать «более крупный пиксель», таким образом, пространственное разрешение уменьшается, при этом возрастет качество спектральной информации получаемой в единицу времени.
7. Какие размеры матричных FPA детекторов доступны для заказчика?
Существуют несколько матрицы нескольких размеров для матричных FPA детекторов. Размер следует подбирать в соответствии с оптической системой (микроскопом). Например, LUMOS II оптимизирован для матрицы размером 32x32 пикселя, а HYPERION 3000 разработан для матриц размерами 64x64 или 128x128 пикселей. С помощью последнего можно записать впечатляющее количество из более чем 16 000 пространственно распределенных спектров за одно сканирование.
8. Чем больше размер матрицы FPA детекторов, тем лучше результаты измерений?
Нет, потому что размер используемого матричного FPA детектора зависит исключительно от оптимального освещения, обеспечиваемого микроскопом. Равномерное освещение детекторной матрицы важно для обеспечения стабильно высокой спектральной чувствительности как в центре, так и по краям детектора.
9. В каких случаях большой размер матричного FPA детектора имеет преимущества?
Чем больше площадь матричного FPA детектора, тем больше спектров регистрируется одновременно. Поскольку пространственное разрешение не зависит от размера матрицы, это означает, что детектор размером 128x128 пикселей регистрирует спектры с площади в 16 раз больше, чем матрица детектора 32x32 за одно измерение.
10. Возможно ли использование матричного FPA детектора с наиболее распространенными режимами измерений ИК спектров?
Да, возможно. Матричные FPA детекторы обладают преимуществами при использовании самых часто используемых режимов измерения (пропускания, отражения и нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО)). Этот тип детектора обеспечивает исключительно высокое пространственное разрешение, особенно при использовании Режима НПВО.
11. С чем связано увеличение пространственного разрешения при использовании матричных FPA детекторов в режиме НПВО?
Комбинация твердотельной линзы с высоким коэффициентом преломления (кристалл НПВО из германия) и «безапертурного» матричного FPA детектора увеличивает пространственное разрешение в 4 раза по сравнению с измерениями в режиме пропускания. Этот эффект имеет общепринятое название «иммерсионный объектив».
12. Ко всем ли типам образцов применимы измерения с матричным FPA детектором?
Поскольку измерения на матричном FPA детекторе можно комбинировать со всеми режимами измерений, анализу поддаются все типы образцов. Однако газы, жидкости и другие летучие вещества нельзя анализировать под микроскопом из-за их кинетических свойств.
13. В каких отраслях науки и промышленности наиболее востребована спектроскопия с использованием матричных FPA детекторов?
Типичные применения можно найти во всех областях промышленности и науки. Начиная с анализа микропластика, частиц и загрязнений до определения химических характеристик сложных структур, от таких таких как многослойные ламинаты и лаки, до биологических тканей и фармацевтических препаратов. Короче говоря, данная технология детектирования используется повсеместно, в тех случаях где необходимо очень высокое пространственное разрешение и анализ образцов больших площадей.
