Специалисты по наносистемам из Германии и Испании представляют новую инструментальную разработку, которая может решить главный вопрос наук о материалах и нанотехнологии – каким образом можно проводить химическую идентификацию материалов на наноразмерном уровне.

Одной из главных целей современной химии и науки о материалах является разработка методов неинвазивного построения «химической карты» материалов с нанометровым разрешением.

Существующее богатство методов, применяющихся для изучения материалов (электронная микроскопия или сканирующая зондовая микроскопия), увы, не обладает достаточной химической чувствительностью для практического применения в современном химическом нано-анализе. С другой стороны, оптическая микроскопия отличается высокой химической чувствительностью, но ее разрешение ограничено дифракцией на объектах, размеры которых меньше половины длины волны излучения – это не дает возможности построить «химическую карту» объекта на наноразмерном уровне.

Рис. 1. Наноразмерная химическая идентификация
и изучение материалов на наноразмерном уровне стала
возможной благодаря методу «nano-FTIR» – комбинации
инфракрасной спектроскопии с фурье-преобразованием
(FTIR) и оптической микроскопии ближнего поля рассеивания.
(Рисунок из Nano Letters, 2012, DOI: 10.1021/nl301159v).

Определение химического состава материала на наноразмерном уровне стало возможным благодаря разработке метода nano-FTIR – оптической аналитической методики, представляющей собой комбинацию инфракрасной спектроскопии с фурье-преобразованием (FTIR) и оптической микроскопии ближнего поля рассеивания.

Освещение металлизированного зонда атомно-силового микроскопа широкополосным инфракрасным лазером и анализ обратнорассеянного света специально разработанным ИК-спектрометром, способным к преобразованию Фурье, позволило получить химическую карту образца с разрешением, меньшим 20 нм.

Руководитель исследования, Флориан Гут (Florian Huth), отмечает, что

nano-FTIR позволяет проводить исследование практически любого инфракрасно-активного материала на нанометровом уровне.

Важным аспектом, обеспечивающим практическую значимость нового метода, является то, что спектры, регистрируемые с помощью nano-FTIR, практически идентичны спектрам, регистрируемым с помощью обычного метода инфракрасной спектроскопии с фурье-преобразованием, а разрешение метода при этом возрастает в 300 раз по сравнению с обычной ИК-спектроскопией. Таким образом,

nano-FTIR представляет собой уникальный инструмент для исследовательских и опытно-конструкторских разработок, а также в качестве инструмента контроля качества в химии полимеров, биомедицине и фармацевтике.

Методика nano-FTIR, например, может быть использована для обнаружения наноразмерных загрязнений образца, при этом, если с помощью атомно-силового микроскопа можно детектировать загрязнения поверхности, размеры которых составляют около 100 нм, новый метод гораздо точнее, а характер загрязнения можно определить с помощью обычного атласа ИК-спектров.