HYPERION II FT-IR | FPA | IR Laser Imaging Microscope

Význam tématu

Infračervená (IR) mikroskopie hraje klíčovou roli v materiálové analýze, farmacii, forenzních vědách, geologii či biologii. Kombinace klasické Fourierovy transformace IR (FT-IR) a kvantově kaskádového laseru (QCL) v jediném přístroji rozšiřuje analytické možnosti: umožňuje plnospektrální měření s vysokou citlivostí i rychlou živou IR „kameru“, čímž zkracuje dobu analýzy a zlepšuje prostorové rozlišení.

Cíle a přehled studie

Cílem představeného řešení HYPERION II od firmy Bruker je sjednotit FT-IR mikroskopii a QCL-imaging v jednom robustním přístroji. Přístroj má pokrýt potřeby výzkumu i rutinní kontroly kvality s důrazem na:

• plnospektrální FT-IR zobrazování pomocí detektorů typu FPA (64×64 či 128×128),
• rychlé jednobarvené IR snímání s rychlostí až 6,4 mm²/s díky QCL modulu,
• možnost živého IR náhledu a v reálném čase korelace vizuálních a IR dat,
• širokou škálu objektivů, příslušenství a softwarových nástrojů.

Použitá metodika a instrumentace

Klíčové komponenty přístroje HYPERION II:

• Zdroj FT-IR: Globar (černé těleso), zdroj QCL: laditelný středně IR laserový modul (ILIM).
• Detektory: termoelektricky chlazené a kapalinou dusíkem chlazené (LN2) MCT detektory; FPA detektory 64×64 a 128×128 pixelů.
• Objektivy: IR objektivy 3.5×, 15×, 36×, 74×; ATR objektiv 20× s integrovaným tlakomerem; grazing-angle 15×; navíc 4× a 40× VIS pro vizuální sledování.
• Příslušenství: makro-ATR, univerzální držák vzorků, temperovaný cela-stadium (-196 °C až 600 °C), uzavřená vzorková komora se systémem inertní atmosféry.
• Vizualizační nástroje: 5 MP CMOS kamera, Köhlerovy irisové clony, tmavé pole, fluorescenční osvětlení, polarizátory, autofocus.
• Softwarová platforma OPUS: řízené ovládání, IR kontrast, automatická analýza (adaptivní k-means, PCA, 3D shlukování), Python API, korelace vizuálního a IR obrazu.

Hlavní výsledky a diskuse

Hyperion II dosahuje významných parametrů:

• Plnospektrální zobrazování: rychlost až 800 spekter/s (FPA 128×128), rozlišení 0,5–11 µm/pixel, 1460×1460 µm pole při objektivu 3.5×.
• QCL jednobarvené zobrazování: až 30 000 spekter/s, rychlost 6,4 mm²/s, rozlišení 0,2–4,9 µm/pixel.
• Snížení interferenčních artefaktů díky patentované koherenční redukci.
• Možnost předvýběru oblastí zájmu živým IR náhledem a následné podrobné spektrální mapování FT-IR.

Přínosy a praktické využití metody

Široké aplikační spektrum:

• Biologie a medicína: analýza tkání, živé IR snímání mikrořezů.
• Farmacie: detekce nečistot v peletách, mapování složení API.
• Forenzní vědy: analýza vláken, stopových materiálů.
• Polymery a mikroplasty: stanovení složení, tloušťky a uniformity vrstev.
• Geologie: diferenciace minerálů podle reflectance.
• Vícevrstvá a kompozitní materiály: lamináty, barvy, povlaky.
• Senzorika: ověřování emisního profilu IR diod a pixelových emitterů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Integrace umělé inteligence a strojového učení pro automatickou identifikaci fází a defektů.
• Další rozšíření spektrálního rozsahu do VNIR a FIR.
• Miniaturizace a přenosné verze pro in-situ a terénní analýzy.
• Vyšší automatizace a robotizace vzorkování.
• Kombinace s complimentary technikami (RAMAN, XRF, MS) pro multimodální zobrazování.

Závěr

HYPERION II představuje unikátní spojení FT-IR a QCL v jednom mikroskopu. Kombinací plnospektrálních map s vysokorychlostním jednobarveným zobrazováním nabízí komplexní nástroj pro výzkum i rutinní analýzy v nejrůznějších oborech. Jeho modulární konstrukce a rozsáhlé příslušenství zajistí dlouhodobou flexibilitu a udržitelnost investice.