污染物鉴定 （微小器件污染物的原位无损鉴定与失效分析）

实现半导体等高科技器件无损伤原位观测，既能大程度还原真实情况，也能大限度为生产过程控制提供基础。然而，无论是器件尺寸、制样过程等，这类样品的鉴别都对传统红外光谱技术提出了巨大的挑战。而利用非接触反射模式的亚微米空间分辨mIRage红外光谱仪，可以轻松解决具挑战性的污染问题。

微小部件的失效分析

左图：图像显示出样品表面所存在的6 µm缺陷的位置。右上；未知物的mIRage光谱测量结果与接近的红外谱库的匹配结果；右下：未知物的同步拉曼光谱与接近的拉曼谱库匹配的比较。

左上： 样品和测量的示意图，左下；可见的摄像头图像缺陷，右图；来自于缺陷位置和完好样品的mIRage谱图比较。不同谱图颜色对应于图像上标记的位置。

亚微米分辨聚苯乙烯珠（含环氧树脂）线扫描结果

左图：通过对嵌入环氧树脂的1 µm直径聚苯乙烯珠切片进行线扫描（以100nm为步长），确定mIRage可实现约400nm的空间分辨率。右图：在两种成分转变的区域，清晰观测到400nm空间分辨率下红外光谱的演变过过程。

薄膜中的缺陷识别

左图：240um厚的双层膜中缺陷的光学图像。随后对图像上标记的位置进行mIRage红外光谱采集。右图：在样品的无缺陷（红色）和缺陷（蓝色）区域中收集的光谱。光谱显示出了全同立构聚丙烯的峰（998 cm^-1）。插入图：随着全同立构聚丙烯峰强度的变化，在有缺陷和无缺陷的区域，信号强度的变化规律一致，但缺陷区域表现出更为明显的强度值变化。

聚合物 （多层膜和相分散）

聚合物几乎存在于我们每天与之互动的所有产品中。随着环境意识的增强，聚合物科学正在寻找更新颖，更复杂的解决方案，以改善功能性并减少对环境的影响。这些要求经常超过传统红外显微镜的极限，特别是在空间分辨率方面。具有非接触反射模式技术的独特的亚微米空间分辨率的mIRage显微镜可以满足苛刻的分析和样品表征需求。

Nature Nano：O-PTIR光热红外显微成像技术揭示微塑料颗粒新来源及形成机制

南京大学环境学院季荣教授和苏宇副研究员团队与美国麻省大学邢宝山教授等合作，利用世界先进的Photothermal Spectroscopy Corp 公司生产的mIRage O-PTIR显微光谱仪，建立了一种新型的（微）塑料表面亚微米尺度化学变化表征方法。研究团队通过对比分析四个国际主流品牌奶嘴产品在蒸汽消毒前后表面形貌及分子结构的变化，首先证实了蒸汽消毒引起硅橡胶老化具有普遍性。研究发现，硅橡胶婴儿奶嘴的主要成分为聚二甲基硅氧烷（PDMS）及树脂添加剂聚酰胺（PA）(图1b和1c)，在经过蒸汽消毒（100 °C）时表面发生降解并释放出微纳塑料颗粒(图1a)。另外借助O-PTIR特有的单一波长大范围成像技术，作者统计了奶嘴消毒过程中PDMS降解产生的1.5 μm以上塑料颗粒数量，并估算出正常奶瓶喂养一年进入婴儿体内的该类微塑料总量约为66万颗，比此前文献报道的儿童从空气、水和食物中摄入的热塑性微塑料数量之和高出一个数量级；假如这些微塑料全部被排入环境，全球平均排放量可能高达5.2万亿个/年。上述结果表明硅橡胶奶嘴消毒产生的颗粒物可能是儿童体内和环境中微纳塑料的重要来源。

图1. 使用水热分解法对硅橡胶试样表面进行蒸汽腐蚀；(a) 实验装置及O-PTIR工作原理示意图; (b)样品蒸煮60 × 10 min表面前后的光学图像; (c) 图(b)中位置1-16的归一化O-PTIR光谱

https://qd-china.com/zh/news/detail/2111291687762

微塑料在亚微米尺度下的红外和拉曼同步测量

mIRage系统可以在盐晶体混合物中的关键吸收带处，以超高分辨率红外图像来定位PS（0.9 µm，2.0 µm，4.5 µm和10 µm）和PMMA珠（3.0 µm）的存在位置。甚在盐晶体中，以无畸变的红外光谱数据证实了微塑料的组分，并与常规红外光谱数据库中进行匹配。重要的是，与传统的FTIR系统不同，在mIRage反射模式下测量时，无论颗粒形状或大小如何，光谱都是非常一致的，不存在无色散伪像。

聚合物（PLA-ACM）相分散

mIRage在数秒内收集到高质量的光谱，数分钟内完成高空间分辨率成像。右图显示了包含249nm大小的ACM红外光谱成像，观察到的明显光谱差异可归因于PLA和ACM化学结构不同。
红外光谱图像：20x20 μm，步长为100 nm，约3分钟完成一张红外光谱图像
（样品由德国 Max Planck Inst Polymer Research的Rudiger Berger博士提供）

聚合物层压板分析

利用尼龙1642 cm^-1和1142 cm^-1处的关键峰进行红外光谱成像

以100 nm的步长收集图像（每个图像约3分钟）

1.6 μm的EVOH中央层清晰可见！

纳米纤维的直接红外测量

直径为800 nm的PP基纳米纤维的红外光谱测量

生物塑料层压板的红外光谱成像

下图中红色和绿色分别对应不同物质区域

当从纯的PHBHx层移到纯的PLA层时，样品跨过了生物塑料层压板的边界。此时以100 nm步长，8.0 µm总长度进行线性扫描，并分别采集红外光谱数据。

从数据结果可以看到，光谱信号的变化差异远大于光学图像，这表明PLA和PHBHx的混合分布没有任何尖锐的边界。没有清晰的数据点来证明该系统不是简单的二元混合物。PLA和PHBHx在指纹区域重叠并出现了混合。

无需样品制备过程 - 多层膜测量

左图：手动选择带标记的多层包装膜作为样品，用于随后的mIRage光谱测量。右图：光谱清晰而容易的显示出各层组成的差异。

薄膜各层之间的亚微米空间分辨红外谱图

左图：包装食品用的多层膜样品光学成像。右图：相距500 nm的相应mIRage红外光谱数据，具有清晰的光谱区分。

海洋微塑料污染（颗粒与纤维鉴别）

在海水和其他水系中出现的微塑料污染，愈发受到人们的关注。这种微塑料污染的颗粒大小可以从1 μm到5 mm。当尺寸达到微米或更小时，常规FTIR分析方法在准确识别和形态表征方面面临着巨大的挑战。而利用mIRage在实现原位海洋微塑料测量的同时，以其亚微米分辨率、红外&拉曼同步测量等优势，将IR和Raman光谱充分整合到一个测量中，从而可以更彻底，更准确地表征微塑料污染物。

分散在盐水中的PS和PMMA的红外光谱与成像

mIRage系统可以在盐晶体混合物中的关键吸收带处，以超高分辨率红外图像来定位PS（0.9 µm，2.0 µm，4.5 µm和10 µm）和PMMA珠（3.0 µm）的存在位置。甚在盐晶体中，以无畸变的红外光谱数据证实了微塑料的组分，并与常规红外光谱数据库中进行匹配。重要的是，与传统的FTIR系统不同，在mIRage反射模式下测量时，无论颗粒形状或大小如何，光谱都是非常一致的，不存在无色散伪像。