SPEKTROFOTOMETR NICOLET IS50
Podstawowe cechy przyrządu:
Zakres spektralny: 7500-400 cm-1
Rozdzielczość spektralna 0,25 cm-1
Detektory:
szerokozakresowy DTGS, zakres 7500-180 cm-1
ultrawysokoczuły, niskoszumowy, linearyzowany MCT (chłodzony ciekłym azotem), zakres 5000-700 cm-1
Konfiguracja spektrofotometru oraz wyposażenie dodatkowe pozwala na badania powierzchni różnych materiałów ze szczególnym uwzględnieniem materiałów cienkowarstwowych i ultracienkowarstwowych. Oprogramowanie znajdujące się w zestawie pozwala na wszechstronną obróbkę, korektę i pomiary rejestrowanych widm, w tym na pomiary ilościowe. Posiadamy również oprogramowanie wspomagające analizę widm IR, IR-mentor.
Używamy następujących technik spektroskopowych:
Spektroskopia transmisyjna (Transmission Spectroscopy)
Technikę tę można stosować do badania próbek ciał stałych, cieczy i gazów. Wiązka promieniowania podczerwonego jest przepuszczana przez próbkę i interferuje z wiązką referencyjną. Powstałe widmo zależy od drogi optycznej lub grubości próbki, współczynnika absorpcji próbki, współczynnika odbicia próbki, kąta padania, polaryzacji padającego promieniowania oraz, w przypadku cząstek stałych, od wielkości i orientacji cząstek.
Spektroskopia odbicia całkowitego (zwierciadlanego) (External Reflection Spectroscopy, Specular Reflection Spectroscopy)
W tej technice wiązka jest odbijana od gładkiej (lustrzanej) powierzchni próbki w celu zarejestrowania jej widma. Jest to technika nieniszcząca, bezdotykowa. Szczególnie przydatna jest do pomiaru grubości powłok i współczynnika załamania światła, a także do rejestrowania widm cienkich warstw na podłożach metalowych.
Widma odbicia zwierciadlanego mogą różnić się na wiele sposobów od widm transmisyjnych, np. pasma mogą być przesunięte do wyższych liczb falowych, widma mogą odzwierciedlać dyspersję współczynnika załamania światła, a kontrast widmowy może nie zależeć liniowo od grubości próbki.
Przystawki: VeeMax, Refractor
Spektroskopia osłabionego całkowitego odbicia wewnętrznego (Attenuated Internal Reflection Spectroscopy, ATR)
W przypadku ATR wiązka jest wprowadzana do odpowiedniego pryzmatu pod kątem przekraczającym kąt krytyczny dla wewnętrznego odbicia. Powoduje to rozprzestrzenianie się fali zanikającej wzdłuż powierzchni odbijającej. Próbkę doprowadza się do kontaktu z powierzchnią odbijającą. Na podstawie interakcji fali zanikającej z próbką można zarejestrować widmo przy niewielkim przygotowaniu lub bez przygotowania próbki. Technika ATR jest nieniszcząca i może być stosowana do ciał stałych, cieczy i proszków. Została wprowadzona w latach 60. XX wieku i jest obecnie szeroko stosowana.
W przypadku cienkich warstw widma ATR są takie same jak widma transmisyjne. W przypadku grubych warstw pasma absorpcji są bardziej intensywne dla większych długości fal. Gdy kąt padania zbliża się do kąta krytycznego, pasma mają tendencję do rozszerzania się po stronie dłuższych fal, a minima są przemieszczane w stronę większych długości fali (mniejszych liczb falowych). Widma typu dyspersyjnego obserwuje się bardzo blisko i poniżej kąta krytycznego.
Przystawki: ATRMax, GATR
Spektroskopia odbicia rozproszonego (Diffuse Reflection Spectroscopy)
Widma proszków i chropowatych powierzchni można zarejestrować, kierując na nie wiązkę i - przy pomocy odpowiedniej optyki - rejestrując promieniowane rozproszone na ich powierzchni.
Ponieważ widma rozproszonego odbicia są wynikiem interakcji światła z próbką w każdy możliwy sposób, widma mogą wykazywać cechy transmisji, odbicia zewnętrznego i/lub odbicia wewnętrznego. Jedną z kłopotliwych cech jest obecność pasm pochodzących od promieniowania resztkowego (reststrahlen bands), których intensywność można zmniejszyć przez rozcieńczenie próbki. Na obserwowane widma mogą wpływać ponadto wielkość cząstek próbki i kąt padania wiązki i/lub obserwacji.
Przystawka EasyDiff
Istotnym wyposażeniem dodatkowym spektrofotometru są płuczki plazmowe pozwalające na usunięcie wszelkich zanieczyszczeń organicznych z powierzchni elementów optycznych (demontowalnych) przyrządu i przystawek, co pozwala na usunięcie artefaktów mogących zakłócać rejestrowane widma, szczególnie podczas badań subtelnych struktur, występujących w ultracienkich powłokach i ich modyfikacjach.
PRZYSTAWKI
Przystawka VeeMax, PIKE Technologies. Do rejestrowania widm na zasadzie odbicia lustrzanego (specular reflection spectroscopy) od powierzchni próbek metalicznych i krzemu o zmiennym kącie padania wiązki w zakresie 20-160°. Obsługuje pełen zakres spektralny przyrządu. Przystosowana jest do współpracy z polaryzatorem i w połączeniu z detektorem MCT pozwala, podobnie jak Rerefractor, na rejestrowane widm ultracienkich warstw, a te z kolei na poznanie budowy i przemian chemicznych zachodzących w wytwarzanych i modyfikowanych przez nasz zespół cienkich i ultracienkich powłokach.
Kinetyka modyfikacji warstwy winylokrzemionki o grubości 300 nm, naniesionej na podłoże krzemowe w plazmie powietrznej, zarejestrowana z wykorzystaniem przystawki VeeMax.
Przystawka ATRMax, PIKE Technologies. Do rejestrowania widm wykorzystująca pomiar na zasadzie wielokrotnego całkowitego odbicia wewnętrznego (ATR), o zmiennym kącie natarcia wiązki na kryształ pomiarowy. Stosując różne kryształy i regulacje kąta podania wiązki możliwa jest penetracja wiązki na różne głębokości w mierzonym materiale w zakresie 1-5 mm. Daje to możliwość wykonania badań spektralnych o charakterze profilu głębokościowego dla wspomnianych głębokości. Zakres pomiarowy zależy od typu użytego kryształu pomiarowego.
Features
Selectable angle of incidence - 20 to 70 degrees in one degree increments
0.5 to 10 micron depth of penetration - dependent on crystal material, angle of incidence, sample's refractive index and wavelength of IR beam - ideal for depth profiling studies
3 to 12 reflections of IR beam - dependent upon angle of incidence - ideal for optimizing ATR sampling methods
Flat and trough crystal plates for solids, films, powders and liquid samples
Sealed and purgeable optical design to eliminate water vapor and carbon dioxide interferences
Detailed description
The ATRMax is a high throughput, variable angle horizontal ATR accessory developed for use in FTIR spectrometers. The design employs a unique optical layout which enables samples to be analyzed over a range of incident angles (from twenty to seventy degrees). Variable angle of incidence provides experimental control over the depth of penetration of an IR beam into the sample and the number of beam reflections in the ATR crystal, which in turn determines the effective IR beam path length for a given experiment. Adjustable angle of incidence allows immediate optimization of measurements for otherwise difficult to analyze samples. The ATRMax can be used for depth profiling studies where spectral composition can be analyzed relative to depth of penetration as the angle of incidence is changed.
Schemat budowy przystawki.
Przystawka GATR, Harrick Scientific Products, Inc. Do rejestrowania widm wykorzystująca pomiar na zasadzie jednokrotnego całkowitego odbicia wewnętrznego Bardzo specyficzna budowa przystawki pozwala na wnikanie wiązki podczerwieni jedynie na bardzo małą głębokość rzędu kilkunastu nm przy jednoczesnym zachowaniu zadawalającej czułości przyrządu. Po zastosowaniu detektora MCT możliwa jest rejestracja widm praktycznie z samej powierzchni materiału. Jest to niezwykle istotne podczas badań modyfikacji powierzchni materiałów na drodze reakcji chemicznych lub podczas modyfikacji fizykochemicznej np. plazmą niskotemperaturową lub promieniowaniem UV. Przykładem takiej obserwacji jest prezentowana powyżej obserwacja działania plazmy niskotemperaturowej powietrznej na powierzchnię winylokrzemionki.
The GATR grazing angle ATR accessory is a revolutionary approach to the analysis of monolayers on semiconductor and metallic substrates. The GATRT is optimized for high sensitivity to these types of samples. Its specially designed pressure applicator is optimized for delivering good contact between the sample and the Ge ATR crystal. The GATRT provides at least an order of magnitude increase in sensitivity relative to grazing angle methods, in addition to the convenience of an easy to use, fully prealigned, horizontal sampling accessory.
Features
Convenient horizontal sampling surface.
Built-in pressure applicator with slip-clutch for reproducible pressure application.
Continuously variable angle from 60ş to 65ş allowing optimization for maximum sensitivity.
Anti-backlash mechanism allows for accurate, reproducible angle selection.
Mounted Ge ATR crystal.
PermaPurgeT for rapid purging of the system.
Applications
Analysis of monolayers and adsorbed species on semiconductors and metals.
Rapid, repeatable measurements.
Detailed description
The VariGATRT is a single reflection ATR accessory designed for analyzing monolayers and adsorbed species on semiconductor and metallic substrates.
The VariGATRT integrates the theoretical conditions that provide the highest sensitivity to these extremely thin films in a convenient horizontal ATR sampler. The VariGATRT features a Ge ATR crystal for use from 5000 to 650 cm-1. Its incident angle can be varied from 60° to 65°, making it possible to optimize the angle for any given spectrometer and sample. Its specially integrated Slip-Clutch pressure applicator optimizes contact between the sample and the relatively small active portion of the crystal. For greater sensitivity, a polarizer can be added to the VariGATRT and, for more precise measurements of the force applied to the sample by the pressure applicator, a force sensor with digital read-out is available.
Przystawka EasyDiff, PIKE Technologies. Do pomiarów techniką odbicia rozproszonego (diffiusion reflection spectroscopy) - pozwala rejestrować widma z proszków i powierzchni matowych (rozpraszających, nie lustrzanych). Obsługuje pełen zakres spektralny przyrządu.
Features
Pre-aligned optical components for reproducible, high quality data
Micrometer controlled sample positioning and focusing
High energy throughput providing nanogram sensitivity
Precision slide for repeatable sample introduction and efficient collection of background and sample spectra
Unique sample preparation and loading kit with two macro cups, two micro cups, spatulas and necessary tools
Detailed description
The PIKE Technologies EasiDiff is an economical, high quality diffuse reflectance accessory designed to analyze a wide variety of solid samples. It is most often used in the analysis of pharmaceuticals, illicit drugs, inorganic solids and minerals, and powdered chemicals.
The EasiDiff reduces the time required to produce an infrared spectrum compared to KBr pellet techniques. Typically, a small amount of sample (about 1%) is mixed and ground with KBr powder and the spectrum is collected.
The EasiDiff employs an elegant, high performance optical design for maximum energy throughput and ease of operation. Optical components critical to achieving this performance are permanently aligned. Focusing is achieved by bringing the sample (not the collection mirror) to the optimum position with a micrometer. A dual position sample holder permits background and sample collection in a simple, two-step process. A spectrum of papaverine hydrochloride (about 1% in KBr powder) was collected using the PIKE Technologies EasiDiff diffuse reflectance accessory.
Przystawka Refractor, Harrick Scientific Products, Inc. Przystawka w postaci komory reakcyjnej ciśnieniowo-próżniowej. Widmo rejestrowane jest na zasadzie odbicia lustrzanego (specular reflection spectroscopy) od powierzchni próbki, którą można precyzyjnie ogrzewać do temperatury 500oC, w kontrolowanej atmosferze, pod ciśnieniem do 2 atm. Obsługuje pełen zakres spektralny przyrządu (posiada wymienne okienka). Pozwala rejestrować widma substancji naniesionych na powierzchnie metali i krzemu podczas ich ogrzewania do 500oC, w kontrolowanej atmosferze. Daje to możliwość obserwacji trwałości termicznej cienkich powłok naniesionych na powyższe podłoża. Po skonfigurowaniu spektrofotometru z użyciem polaryzatora i detektora MCT możliwe jest obserwowanie widm ultracienkich powłok o grubościach rzędu kilku nanometrów i grubszych.
Schemat budowy przystawki.
Widmo monowarstwy dekanotiolu na powierzchni złota (czerwony - wzorzec w fazie gazowej, niebieski - monowarstwa SAM dekanotiolu na powierzchni złota).
The Refractor Reactor is a valuable tool for grazing angle FT-IR studies of reactions on metal surfaces and on thin films on metal substrates. Samples can be heated to 400°C and pressurized up to 2 ATM.
Features
75° grazing incident angle for high sensitivity to films on metallic substrates
Incorporates two Supercharged ZnSe wedged windows to refract the beam to and from the sample
Ideal for samples up to 1" x 2" x 1/8"
Heatable up to 400°C (under vacuum) for studying high temperature reactions
Operable at pressures from 10-4 torr to 2 ATM
Manufactured from chemically resistant 316 stainless steel
High efficiency
Designed for in-line use of a wire grid polarizer
Applications
Perfect for studying reaction on metal surfaces and on thin films on metal substrates.
Detailed description
The Reactor Refractor is a reaction chamber for in-line grazing incidence studies. It is ideal for recording spectra of thin films on metal substrates. The angle of incidence is fixed at 75 degrees and can accommodate samples up to 1"x2"x0,05" thick. It can be heated up to 400°C under vacuum, evacuated to 10-4 torr, and pressurized up to 2 ATM with the standard ZnSe windows. Excellent spectral contrast results. Conventional in-line grazing incidence attachments have a significant drawback. The short plane mirrors employed do not totally intercept the beam of the spectrometer, resulting in a significant loss in optical throughput. In the Refractor, these losses do not occur, since the optical beam is deflected (15°) to and from the sample via wedged (10°) ZnSe windows. The Refractor Reactor has two ports for flowing reactant over the sample, evacuating the sample, and pressurizing the sample with a reactant. Heating cartridges are imbedded below the sample and two thermocouples are supplied to measure the sample and heater temperatures. For precise temperature control, the heater and thermocouples is connected to an Automatic Temperature Controller (Harrick's ATC-002)