Microespectroscopía fototérmica - Photothermal microspectroscopy

La microspectroscopía fototérmica ( PTMS ), también conocida como fluctuación de temperatura fototérmica ( PTTF ), se deriva de dos técnicas instrumentales originales: espectroscopía infrarroja y microscopía de fuerza atómica (AFM). En un tipo particular de AFM, conocido como microscopía térmica de barrido (SThM), la sonda de imagen es un sensor de temperatura subminiatura, que puede ser un termopar o un termómetro de resistencia. Este mismo tipo de detector se emplea en un instrumento PTMS, lo que le permite proporcionar imágenes AFM / SThM: sin embargo, el uso adicional principal de PTMS es producir espectros infrarrojos de regiones de muestra por debajo de un micrómetro, como se describe a continuación.

Técnica

El AFM está interconectado con un espectrómetro de infrarrojos. Para trabajar con espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), el espectrómetro está equipado con una fuente infrarroja de cuerpo negro convencional. En primer lugar, se puede elegir una región particular de la muestra en base a la imagen obtenida usando el modo de operación de formación de imágenes AFM. Luego, cuando el material en esta ubicación absorbe la radiación electromagnética, se genera calor, que se difunde, dando lugar a un perfil de temperatura en descomposición. La sonda térmica luego detecta la respuesta fototérmica de esta región de la muestra. Las fluctuaciones de temperatura medidas resultantes proporcionan un interferograma que reemplaza el interferograma obtenido por una configuración FTIR convencional, por ejemplo, por detección directa de la radiación transmitida por una muestra. El perfil de temperatura se puede afinar modulando el haz de excitación. Esto da como resultado la generación de ondas térmicas cuya longitud de difusión es inversamente proporcional a la raíz de la frecuencia de modulación. Una ventaja importante del enfoque térmico es que permite obtener información del subsuelo sensible a la profundidad a partir de la medición de la superficie, gracias a la dependencia de la longitud de difusión térmica de la frecuencia de modulación.

Aplicaciones

Las dos características particulares de PTMS que han determinado sus aplicaciones hasta ahora son 1) el mapeo espectroscópico se puede realizar con una resolución espacial muy por debajo del límite de difracción de la radiación IR, en última instancia a una escala de 20-30 nm. En principio, esto abre el camino a la microscopía IR de sub-longitud de onda (ver microscopía de sonda de barrido ) donde el contraste de la imagen se determina por la respuesta térmica de regiones de muestra individuales a longitudes de onda espectrales particulares y 2) en general, no se requiere ninguna técnica de preparación especial. necesario cuando se van a estudiar muestras sólidas. Para la mayoría de los métodos FTIR estándar, este no es el caso.

Técnica relacionada

Esta técnica espectroscópica complementa otro método desarrollado recientemente de caracterización química o toma de huellas dactilares, el análisis microtérmico (micro-TA). Esto también utiliza una sonda SThM "activa", que actúa como un calentador y también como un termómetro, para inyectar ondas de temperatura evanescentes en una muestra y permitir la obtención de imágenes de polímeros y otros materiales debajo de la superficie. El detalle del subsuelo detectado corresponde a variaciones en la capacidad calorífica o conductividad térmica . Incrementar la temperatura de la sonda y, por tanto, la temperatura de la pequeña región de la muestra en contacto con ella, permite realizar análisis térmicos localizados y / o termomecanometría.

Referencias

Otras lecturas