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                亚微米光学光热红」外技术O-PTIR——古生物化石研究利器

                教育装备采购网 2021-09-29 15:10 围观930次

                  红外光谱技术研究古生物化石的现状

                  我国是古生物化石大国,但古生物化石保护形势十分严峻。许多重△要化石产地均没有得到有效保护,遭到了不同程度的破坏。因此,对化〒石产地监测和保护工作刻不容缓,而监测工作则是保←护工作的基础和支撑。

                  红外光谱技术是一种常用的地物探测技术,它利用特定波段范围的红外光对地物进行探测,其光谱特征可间接判定物体物理或化学特性的变化。化石的主要矿物成分是磷灰石、方ㄨ解石及少量的石英,但由于碳酸盐容易受到流╳体的侵蚀,造成化☆石的自然风化现象较为严重,其光谱的产生主要是由于组成物质内部离子与基团∮的晶体场效应和基团振动的结果。而风化产生的表面覆被层的矿物质,其质地与新鲜◣岩石的矿物或是相似或是不同,虽然这类表面层的厚度仅有几微米到几毫米,但ω它们对整个表面的红外光谱起到决定作用。因此,通过测量化石的光◆谱特征,精◥准识别地物属性是获取岩矿类型、矿物特征及成矿♂背景等信息的重要手段。

                  传统的傅里叶红外光谱(FTIR, Fourier Transform Infrared),尤其是衰减全反射法(ATR, attenuated total reflection),在使用透射模式测量厚样品时会产生强烈的吸收峰值,包括均匀的固∞体样品,多层固体的↘表层或固体的涂层,不规★则形坚硬固体甚至一些液体分析也能使用坚硬的ATR晶体材料(比如金刚石)进行分析。但使用ATR对古生物化石样品进行成份分析,仍面对一系列的挑战:

                  1. 传统的FTIR和ATR 方法空间分★辨率有限,约为5-20 μm;

                  2. 尽管FTIR可使用制备好的超薄化石切片而〇ATR可以直接使用固体样品,其表面的崎岖不平会造成严重的散射相差,无法得到有用的分子※振动信息;

                  3. ATR晶▲体需要与样品直接接触,会〓引起交叉污染或应力造成分子取向的变化

                  光学光热红外技术

                亚微米光学光热红外技术O-PTIR——古生物化石研究利器

                  基于光学-光热红外技术(O-PTIR)的亚微米分↑辨率红外拉曼同步测量系统mIRage,使用宽可调谐的脉冲红外激光源▃激发样品,在样品中产生调制光热效应。通过光热效应提取并计算红外吸收, 通过检测反射】探头光束强度的变化作为红外波数调谐的函数,从而提供红外吸★收光谱。这种短波长脉冲探测光束(通常是532 nm)决定了红外测试空间分辨率,而不是传统FTIR/QCL显微镜中依赖的△红外波长。由于其独特的系统架构,短波长探测光束同样也々能作为一个拉曼激光源,当集成拉曼←光谱仪,mIRage系统可以提供同一地点,同一时间,同一空间分辨率的亚微米红外+拉曼显微镜的检测结果。

                  基于O-PTIR技术的mIRage相对于常规红外技术(FTIR和ATR),在生物化石分析上具有显著的∑ 优势:

                  1. 和拉曼光谱一致的亚ξ 微米空间分辨率,比传统FTIR/QCL显微●镜提高30倍,达到500 nm;

                  2. 非接触式测量█,非破坏性,反射(远场)模式测量,无须复杂的样品制备;

                  3. 高质量光谱∑(测试可兼容粒子形状/尺寸和表面粗糙度),没有色散/散射『伪影问题;

                  4. 可直接在商业数据库中匹配搜索

                  5. 可实现红外和拉曼光谱成像同步@测量

                  具体案例:

                  国内某知名△研究所,使用亚微米◇分辨率红外拉曼同步测量系统mIRage对获取的phillipsite(钙十〒字沸石)矿石样品进行了分析。整个矿石被直接放在mIRage显微镜样品台上进行观察,使用的红外激光器为QCL(quantum cascade laser, 800-1850 cm-1), 观察模式为反射模式,波谱分辨率约为︼1-2 cm-1. 结果证实,高分辨率mIRage可对5 -20 μm大小的高散射十字●花石矿物中的有机-无机包体区域进行分ξ 析,提供常规FTIR无法实现的化学细节。

                  红外光谱清晰地显示了其内部存在化学可微的●夹杂物,样品中含有嵌入的phillipsite内含物。由于矿石散射面太多,传统傅立叶变换会产生色散〓伪影,而O-PTIR谱图则不◥会出现。根据获得的红外光谱与数据库进行比对分析,其主要组成成份为乳酸钙。

                亚微米光学光热红外技术O-PTIR——古生物化石研究利器

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