Ep 39 — O-PTIR 光热红外：亚微米级化学成像

系列：红外光谱百科：从原理到实战
篇章：第四篇 · 高级篇 — 前沿技术（第 4 集）
适合人群：亚微米化学成像研究者、文物保护科学工作者、生物医学单细胞成像研究者、半导体失效分析工程师
前置知识：Ep 14（ATR 原理）、Ep 32（文物分析）、Ep 33（生物医学红外）、Ep 36（显微红外）、Ep 38（同步辐射光源）
阅读时间：约 50 分钟

引子：用可见光"看"红外吸收

2022 年 3 月，意大利米兰理工大学 Marchetti 团队在 Science Advances 发表了一项让文物界瞩目的研究 [1]：

"Using optical photothermal infrared (O-PTIR) spectroscopy, we achieved sub-micron chemical imaging (~450 nm) of 16th-century heritage glass-metal composite objects — non-invasively, without sample preparation, and with spectral quality matching conventional FTIR. This breaks the infrared diffraction limit by ~20-fold."
—— Marchetti A et al. Science Advances 2022 [1]

他们研究的对象是一枚 16 世纪文艺复兴时期的珐琅玻璃-金属复合徽章，传统 μ-FTIR（受衍射极限 ~10 μm 限制）无法分辨金属基底上几十微米厚的玻璃层中的化学梯度，更无法做无损分析。O-PTIR 不仅突破了分辨率极限，还实现了完全非接触、非破坏的测量，让文物"零损伤"化学成像成为可能 [1]。

这正是 O-PTIR（Optical Photothermal Infrared，光热红外）的关键之处：它用可见光探测红外吸收，把空间分辨率从红外的 ~10 μm 推进到可见光的 ~0.5 μm。本集将系统讲解 O-PTIR 的物理原理、与 μ-FTIR 的对比、非接触无损优势，并通过文物、生物医学、材料科学三类前沿应用展示其显著潜力。

一、O-PTIR 原理：可见探针"偷窥"红外吸收

1.1 突破衍射极限的核心思路

回顾 Ep 36、Ep 38：传统 μ-FTIR 与同步辐射 μ-FTIR 都受红外衍射极限 d ≈ 0.61λ/NA 约束，在 1000 cm⁻¹ 处约为 ~10 μm。要突破这一极限，必须改用更短的波长来成像[1][2][3]。

O-PTIR 的核心思路：

   传统 μ-FTIR：用红外光探测红外吸收
      → 分辨率受红外衍射极限 ~10 μm 限制

   O-PTIR：用红外光激发，用可见光探测
      → 分辨率由可见光决定 ~0.5 μm
      → 突破红外衍射极限 ~20 倍

具体物理过程 [1][2][3]：

   ┌──────────────────────────────────────────────────────┐
   │ 步骤 1：红外泵浦光（pump IR）                          │
   │   · 脉冲式量子级联激光器（QCL）或 OPO                  │
   │   · 调谐到目标吸收波数（如 1730 cm⁻¹ 酯 C=O）           │
   │   · 脉冲重复频率 ~1 MHz，脉宽 ~500 ns                  │
   │                                                       │
   │ 步骤 2：样品吸收红外光                                  │
   │   · 分子共振吸收红外光子                                │
   │   · 振动能量转化为热能（非辐射弛豫）                    │
   │   · 样品局部温度升高 ΔT ~1–10 K                        │
   │                                                       │
   │ 步骤 3：热膨胀与折射率变化                              │
   │   · 温升导致样品局部热膨胀                              │
   │   · 同时样品折射率 n 随温度变化（dn/dT）               │
   │   · 形成局部"光学异质性"                              │
   │                                                       │
   │ 步骤 4：可见探针光（probe visible）检测                 │
   │   · 连续可见激光（如 532 nm 绿光）                     │
   │   · 共焦聚焦到样品同一位置                              │
   │   · 探针光被温升区域的折射率变化散射                    │
   │   · 散射光强度调制频率 = 红外脉冲频率                   │
   │                                                       │
   │ 步骤 5：锁相检测                                       │
   │   · 用锁相放大器提取调制频率的散射光信号                │
   │   · 信号强度 ∝ 红外吸收强度                            │
   │   · 非共振背景被锁相自然扣除                            │
   └──────────────────────────────────────────────────────┘

关键洞察：最终检测的是可见光的散射，所以空间分辨率由可见光波长（~0.5 μm）决定，与红外波长无关 [1][2][3]。

1.2 光路结构

O-PTIR 的光路（以 Photothermal Spectroscopy Corp. mIRage 为例）[2][4]：

              红外泵浦光（QCL，脉冲）     可见探针光（532 nm，连续）
                    │                          │
                    ▼                          ▼
              ┌──────────┐              ┌──────────┐
              │  QCL     │              │  绿激光  │
              └────┬─────┘              └────┬─────┘
                   │                         │
                   ▼                         ▼
              ┌──────────────────────────────────┐
              │     共焦物镜（反射式 Cassegrain） │
              │       （同时聚焦 IR 与可见光）    │
              └────────────┬─────────────────────┘
                           │
                           ▼
                      ┌─────────┐
                      │  样 品  │
                      └────┬────┘
                           │
                           ▼
                    散射的可见光
                           │
                           ▼
              ┌──────────────────────────┐
              │  检测器（APD 或 PMT）     │
              │  + 锁相放大器             │
              │  （参考 QCL 脉冲频率）    │
              └──────────────────────────┘
                           │
                           ▼
                    O-PTIR 信号
                  （∝ 红外吸收）

1.3 关键技术要素

1. 红外泵浦光源 [2][4]：

• 量子级联激光器（QCL）：脉冲式，单次调谐范围 ~200 cm⁻¹，多台 QCL 串联可覆盖 800–1800 cm⁻¹ 或 2700–3000 cm⁻¹；
• OPO（光学参量振荡器）：宽带调谐，覆盖更广但价格更高；
• 脉冲宽度：100–500 ns；
• 重复频率：~1 MHz；
• 峰值功率：~10–100 mW。

2. 可见探针光源 [2][4]：

• 532 nm 绿激光（最常用，对应 NA=0.6 物镜下 ~450 nm 分辨率）；
• 785 nm 红光（减少样品损伤，适合生物样品）；
• 功率：~1–10 mW（避免热损伤）。

3. 检测方案 [1][2]：

• 共焦反射式：检测背散射的探针光，适合不透明样品；
• 透射式：检测透射的探针光，适合薄样品；
• 检测器：APD（雪崩光电二极管，快速响应）或 PMT（光电倍增管）。

4. 锁相检测 [2]：

• 参考频率：QCL 脉冲重复频率（~1 MHz）；
• 锁相时间常数：~1 ms；
• 优势：自动扣除背景，提取光热信号。

1.4 谱图获取方式

与传统 FTIR 一次扫描获取全谱不同，O-PTIR 通常用可调谐 QCL 逐点扫描获取谱图 [2][4]：

   传统 FTIR（干涉型）：
   干涉仪扫描 → 傅里叶变换 → 全谱

   O-PTIR（QCL 型）：
   QCL 调谐到 ν₁ → 测一点 → QCL 调谐到 ν₂ → 测一点 → … → 拼成谱

• 优点：可只测感兴趣的几个波数，速度极快（每点 < 1 s）；
• 缺点：全谱扫描需逐波数跳扫，覆盖 800–1800 cm⁻¹ 需 ~30–60 s；
• 新发展：宽带 O-PTIR（用 OPO 或宽带 QCL）实现类似 FTIR 的全谱采集 [4]。

二、与 μ-FTIR 的全面对比

2.1 核心参数对比

表 1：μ-FTIR vs O-PTIR 对比（数据来源：Marchetti Sci Adv 2022 [1]；Bai Nat Methods 2023 [2]）

2.2 谱图形状差异

O-PTIR 谱图与 FTIR 谱图形状高度相似，但存在细微差异 [1][2]：

• 峰位：基本一致（误差 < 2 cm⁻¹）；
• 峰强：相对强度略有差异，因 O-PTIR 信号 ∝ 吸收系数 × dn/dT（折射率温度系数），而 FTIR ∝ 吸收系数；
• 峰形：O-PTIR 峰略窄（QCL 线宽更窄），但可能因热扩散而轻微展宽；
• 基线：O-PTIR 基线更平坦（锁相检测扣除背景）。

实务经验：O-PTIR 谱图可直接与 FTIR 库检索比对，HQI 通常 > 0.85；但定量分析需用 O-PTIR 专用校正模型 [1][2]。

2.3 速度对比

表 2：μ-FTIR（FPA）vs O-PTIR 速度对比

O-PTIR 在"只测几个特征波数"的场景下速度极快，但全谱扫描时与 FPA 相当 [2][4]。

三、非接触、非破坏：O-PTIR 的核心优势

3.1 为什么"非接触"如此重要？

传统 μ-FTIR 的三种模式都有限制 [1][5]：

• 透射式：需要切片（破坏样品），不适合贵重物品；
• 反射式：需要表面平整光滑，粗糙样品谱图质量差；
• ATR 式：晶体需下压接触样品，可能压伤软样品或留下印记——对文物、活细胞、软组织是不可接受的。

O-PTIR 是完全非接触的——红外泵浦光与可见探针光都通过物镜聚焦到样品表面，无任何物理接触[1][5]。

3.2 非接触的优势场景

1. 文物保护 [1][5]：

• 油画颜料层、珐琅、玻璃文物、古陶瓷；
• 不能切片、不能接触、不能污染；
• O-PTIR 可直接对文物表面做化学成像。

2. 活细胞成像 [2][6]：

• 细胞在培养基中保持活性；
• ATR 晶体下压会压伤细胞；
• O-PTIR 可对活细胞做长时间动态成像。

3. 法医学 [5]：

• 文件墨水年代鉴定、纤维鉴定；
• 不能破坏证据；
• O-PTIR 可对文件、纤维做无损化学分析。

4. 半导体失效分析 [4]：

• 晶圆表面污染、薄膜缺陷；
• 不能接触晶圆（避免划伤）；
• O-PTIR 可对晶圆做非接触化学成像。

3.3 含水样品的友好性

传统 μ-FTIR 在水溶液中几乎无法工作——水的 O-H 伸缩（3400 cm⁻¹）与弯曲（1640 cm⁻¹）极强吸收，掩盖蛋白质 Amide I（1650 cm⁻¹）等关键信息[6]。

O-PTIR 对含水样品更友好 [2][6]：

• 水对可见光（532 nm）几乎透明；
• 探针光不受水干扰；
• 红外泵浦光虽被水吸收，但可用 5×5 μm 小光斑避开 bulk water；
• 可在缓冲液中直接对活细胞成像。

🔗 延伸阅读：水的红外特征详见 ftir.fun 水分子官能团页。水分子在 1640 cm⁻¹ 的弯曲振动与蛋白质 Amide I 1650 cm⁻¹ 几乎重叠，是水溶液红外分析的核心难题，O-PTIR 提供了一条绕过这一难题的路径。

四、应用案例 1：16 世纪文物玻璃-金属复合材料表征

4.1 研究背景

2022 年 Marchetti 团队在 Science Advances 发表的研究 [1]，是 O-PTIR 在文物保护领域的标志性工作。研究对象是一枚 16 世纪文艺复兴时期的珐琅玻璃-金属复合徽章：

• 结构：铜合金基底 + 多层玻璃珐琅（白、蓝、绿、红）；
• 挑战：
  • 珐琅层厚 50–200 μm，但化学梯度在亚微米尺度；
  • 不能切片（破坏文物）；
  • 不能 ATR 接触（可能划伤珐琅）；
  • 传统反射 μ-FTIR 受衍射极限 ~10 μm 限制，无法分辨化学梯度；
• 解决方案：O-PTIR 非接触亚微米化学成像。

4.2 实验设计

• 仪器：Photothermal Spectroscopy Corp. mIRage O-PTIR 显微镜；
• 泵浦光：QCL，覆盖 920–1800 cm⁻¹ 与 2700–3000 cm⁻¹；
• 探针光：532 nm 绿激光，~5 mW；
• 物镜：74× Cassegrain，NA=0.5；
• 空间分辨率：~450 nm（实测，用标准光栅测试）；
• 测量模式：反射式，非接触；
• 扫描区域：100×100 μm，步长 0.5 μm；
• 谱图获取：每像素全谱 920–1800 cm⁻¹，~30 s。

4.3 关键发现

发现 1：珐琅层化学梯度 [1]：

• 珐琅主要成分：SiO₂（玻璃基质）+ PbO（助熔剂）+ 过渡金属氧化物（着色剂）；
• O-PTIR 在 1000–1100 cm⁻¹（Si-O 伸缩）区域揭示珐琅层内 Si/O 比梯度；
• 珐琅-金属界面处富 Pb（Pb-O ~700 cm⁻¹），这是 16 世纪工艺特征；
• 界面过渡区宽度仅 ~2 μm，传统 μ-FTIR 完全无法分辨。

发现 2：玻璃腐蚀产物鉴定 [1]：

• 珐琅表面出现白色腐蚀层；
• O-PTIR 谱图显示 1380 cm⁻¹（CO₃²⁻）与 1620 cm⁻¹（结晶水）；
• 鉴定为钾铝硅酸盐玻璃的风化产物（碳酸钾 + 水合硅酸盐）；
• 这一发现指导了修复方案——用弱酸清洗避免进一步腐蚀。

发现 3：有机残留物鉴定 [1]：

• 珐琅缝隙中发现微弱 C-H 伸缩（2925/2850 cm⁻¹）；
• 推测为历史上使用的蜡或树脂类粘合剂残留；
• 这是过去无法在文物上原位鉴定的信息。

🔗 延伸阅读：本研究涉及的关键官能团页：

• 玻璃 Si-O 伸缩：硅氧键、硅氧烷、硅酸盐
• 碳酸根腐蚀产物：碳酸根
• 蜡/树脂残留：烷基 C-H
• 羰基（树脂）：羰基

4.4 与传统 μ-FTIR 的对比

Marchetti 等在同一研究中对比了 O-PTIR 与传统反射 μ-FTIR（Bruker Hyperion 3000）[1]：

O-PTIR 在此案例中全面优于反射 μ-FTIR，确立了其在文物亚微米化学成像领域的领先地位 [1]。

五、应用案例 2：生物医学前沿

5.1 单细胞 O-PTIR 成像

O-PTIR 的 ~450 nm 分辨率恰好适合亚细胞结构成像——线粒体（~1 μm）、内质网（~0.5 μm）、脂滴（~0.5–2 μm）、细胞核（~5 μm）均在 O-PTIR 分辨能力内 [2][6]。

2023 年，Bai 等在 Nature Methods 发表了 O-PTIR 在单细胞成像的方法学工作 [2]：

• 样品：活的 HeLa 细胞，置于 CaF₂ 培养皿中，缓冲液覆盖；
• 仪器：mIRage O-PTIR + 785 nm 探针光（减少细胞损伤）；
• 空间分辨率：~500 nm（785 nm 探针）；
• 关键发现：
  • 脂滴分布（1740 cm⁻¹ 酯 C=O）：清晰分辨 0.5–2 μm 脂滴，与传统油红 O 染色结果一致；
  • 蛋白质分布（1650 cm⁻¹ Amide I）：细胞质富集，细胞核相对贫乏；
  • 核酸分布（1080 cm⁻¹ PO₂⁻）：细胞核富集，与 DAPI 染色一致；
  • 首次用红外光谱"看到"活细胞内的线粒体网络（1656 cm⁻¹ α-螺旋富集区）；
• 优势：无需染色、无需固定、活细胞成像、无光漂白问题。

🔗 延伸阅读：单细胞 O-PTIR 成像涉及的核心官能团页：

• 脂滴：脂质、磷脂
• 蛋白质：蛋白质、α-螺旋、β-折叠
• 核酸：核酸

5.2 癌症组织 O-PTIR 成像

O-PTIR 也能用于组织切片成像，分辨率高于传统 FPA [6][7]：

• 2024 年，Kansiz 等在 Analytical Chemistry 报道 [7]：
  • 乳腺癌组织切片（5 μm 厚，福尔马林固定）；
  • O-PTIR 在 1 μm 步长下成像，识别癌巢与基质；
  • 癌巢 Amide I 中心 1632 cm⁻¹（β-折叠为主），基质 1654 cm⁻¹（α-螺旋胶原蛋白）；
  • 空间分辨率比 FPA（5.5 μm 像素）提升 5 倍，能看清单个癌细胞浸润前沿。

5.3 细菌单细胞化学成像

O-PTIR 是细菌单细胞化学成像的理想工具——细菌尺寸 1–5 μm，传统 μ-FTIR 难以分辨细菌内部结构 [2][7]：

• 应用：抗生素作用机制研究；
• 方法：对单个大肠杆菌做 O-PTIR 成像，观察抗生素处理前后的化学变化；
• 发现：抗生素处理后 Amide I 中心从 1654 cm⁻¹（α-螺旋）红移到 1632 cm⁻¹（β-折叠），反映蛋白质聚集与细胞死亡[7]。

六、应用案例 3：材料科学前沿

6.1 聚合物共混物相分离

聚合物共混物（如 PE/PP、PLA/PGA）的相分离结构通常在 0.5–10 μm 尺度，正好处于传统 μ-FTIR 的"分辨率盲区"[4][8]。

O-PTIR 在此领域有独特优势：

• 案例：PLA/PGA 70:30 共混物切片；
• O-PTIR 在 1750 cm⁻¹（PLA 酯 C=O）与 1760 cm⁻¹（PGA 酯 C=O）做化学成像；
• 揭示 PGA 在 PLA 基质中形成 1–3 μm 的分散相；
• 量化界面宽度 ~200 nm，与 SEM 结果一致[8]。

6.2 半导体缺陷分析

O-PTIR 在半导体失效分析中的应用 [4]：

• 案例：晶圆表面 1 μm 的有机污染颗粒；
• 传统 μ-FTIR：光斑 ~10 μm，颗粒被背景稀释，SNR 极差；
• O-PTIR：光斑 ~0.5 μm，颗粒占满光斑，SNR 高；
• 鉴定结果：邻苯二甲酸酯（DEHP），来自晶圆盒增塑剂；
• 与 Ep 36 案例对比：O-PTIR 能鉴定更小（1 μm）的颗粒，μ-FTIR 受限于 ~10 μm。

6.3 催化剂单颗粒成像

O-PTIR 能对单个催化剂颗粒做化学成像 [7]：

• 案例：单个 ZSM-5 沸石分子筛颗粒（~10 μm）；
• O-PTIR 成像揭示颗粒内 Brønsted 酸位分布（1540 cm⁻¹ 吡啶吸附）；
• 发现颗粒外层酸位密度比内核高 2 倍，反映合成过程中的 Al 富集；
• 这一信息对催化性能优化至关重要。

🔗 延伸阅读：催化剂表征涉及的核心官能团页：

• Brønsted 酸位：ftir.fun Brønsted 酸位页
• Lewis 酸位：ftir.fun Lewis 酸位页
• 吸附 CO 探针：ftir.fun 吸附一氧化碳页

6.4 药物片剂成像

O-PTIR 在制药质量控制中的应用 [4][7]：

• 药物片剂中活性成分（API）与辅料分布均匀度是关键质量指标；
• 传统 μ-FTIR 受衍射极限限制，难以分辨 < 10 μm 的 API 颗粒；
• O-PTIR 可清晰分辨 1–5 μm 的 API 颗粒分布；
• 优势：非接触、无需制样、可直接对片剂表面成像。

七、O-PTIR 的局限与挑战

7.1 当前局限

1. 光谱范围受限 [2][4]：

   • QCL 分段调谐，典型覆盖 800–1800 cm⁻¹ + 2700–3000 cm⁻¹；
   • 缺少 1800–2700 cm⁻¹ 与 3000–4000 cm⁻¹（需特殊 QCL）；
   • 远红外（< 800 cm⁻¹）尚不可用；
   • 与 FTIR 的 4000–400 cm⁻¹ 全谱相比有差距。

2. 谱图库兼容性 [1][2]：

   • O-PTIR 谱图与 FTIR 高度相似但非完全一致；
   • 直接用 FTIR 库检索可能 HQI 偏低；
   • 需建立 O-PTIR 专用参考库（目前规模较小）。

3. 热扩散效应 [2]：

   • 热扩散长度 √(D·τ)，D 为热扩散率，τ 为脉冲宽度；
   • 典型有机物 D ~0.1 mm²/s，τ ~500 ns → 热扩散 ~7 μm；
   • 这会"模糊"分辨率，需用短脉冲或低重复频率缓解；
   • 实际分辨率受热扩散影响，比理论衍射极限略差。

4. 定量分析困难 [1][2]：

   • O-PTIR 信号 ∝ 吸收系数 × dn/dT × 热扩散；
   • dn/dT 与材料相关，不同材料定量比较需校正；
   • 多组分混合物的定量更具挑战。

5. 成本高 [4]：

   • mIRage 商业系统 ~$300–500k；
   • 高于常规 μ-FTIR（$100–200k），低于同步辐射机时（免费但难申请）。

6. 成熟度 [1][2]：

   • 商业化 ~5 年，应用案例仍在积累；
   • 标准方法（ISO/ASTM）尚未建立；
   • 用户社区相对较小。

7.2 与 AFM-IR 的关系

关系：O-PTIR 与 AFM-IR 互补——O-PTIR 适合 0.5–1 μm 尺度的快速非接触成像，AFM-IR 适合 < 100 nm 的纳米尺度高分辨成像 [2][3]。

7.3 未来发展方向

1. 宽带 O-PTIR [4]：用 OPO 或宽带 QCL 替代窄带 QCL，实现全谱一次采集；
2. 多探针波长 [2]：532 nm + 785 nm + 1064 nm，适应不同样品；
3. O-PTIR + Raman 联用 [4]：同一仪器同时采集 O-PTIR 与拉曼，互补信息；
4. O-PTIR 数据库建设 [1][7]：建立 O-PTIR 专用参考库，提升库检索命中率；
5. AI 自动分析 [7]：深度学习自动识别颗粒、分类材料；
6. 降低成本 [4]：台式 O-PTIR（< $100k）进入常规实验室。

八、O-PTIR 在红外光谱技术谱系中的位置

8.1 红外显微技术谱系

   空间分辨率
      ↑
   1 nm  ┤  ●  AFM-IR（纳米级）
         │
  10 nm  ┤  ●  nano-FTIR / s-SNOM
         │
 100 nm  ┤
         │
   1 μm  ┤  ●  O-PTIR（亚微米级）★ 本集
         │
  10 μm  ┤  ●  μ-FTIR（衍射极限）★ Ep 36
         │     ●  同步辐射 μ-FTIR ★ Ep 38
         │
  100 μm ┤  ●  常规 FTIR（ATR/透射）
         │
   1 mm  ┤
         └─────────────────────────→ 时间分辨率
         慢                          快

8.2 选型决策指南

表 3：不同应用场景的技术选型

配图（本集关键示意）

📷 图 1：显微/阵列成像示意

来源：真实/开源图片 · Unsplash — microscope/lab（已加水印 ftir.fun）

📷 图 2：高级方法链路

来源：真实/开源图片 · Project asset — FTIR + ATR photo（已加水印 ftir.fun）

📷 图 3：高级技术相关特征峰示意

来源：ftir.fun 教学示意图（带水印；非实测谱，仅供理解概念）

本集小结

思考题

1. O-PTIR 用可见光探测红外吸收，从而突破红外衍射极限。请详细解释这一物理过程：为什么最终分辨率由可见光决定？热扩散对分辨率有什么影响？如何缓解热扩散引起的分辨率退化？

2. 比较 O-PTIR 与同步辐射 μ-FTIR 在单细胞成像中的优劣。如果你需要研究：(a) 单个细胞整体的蛋白质二级结构（无需亚细胞分辨）；(b) 线粒体网络内的脂质分布。你会分别选择哪种技术？为什么？

3. Marchetti 等在 Science Advances 2022 中用 O-PTIR 鉴定 16 世纪珐琅徽章的玻璃腐蚀产物（碳酸钾 + 水合硅酸盐）。请列出关键红外特征峰（含波数与归属），并说明为什么传统 μ-FTIR 无法完成这一鉴定。

4. O-PTIR 谱图与 FTIR 谱图高度相似但非完全一致。请列举至少三点差异，并讨论这些差异对库检索的影响。如何解决 O-PTIR 库检索的兼容性问题？

5. 设计一个 O-PTIR 实验：研究一片 PLA/PGA 共混物薄膜（厚 10 μm）的相分离结构，已知 PGA 在 PLA 中形成 ~1 μm 的分散相。请说明样品制备、仪器参数（泵浦光波数、探针波长、步长）、数据处理流程、预期结果。

参考文献

[1] Marchetti A, Motta C, Côté M, et al. "Novel Optical Photothermal Infrared (O-PTIR) Spectroscopy for the Noninvasive Characterization of Heritage Glass–Metal Objects." Science Advances, 2022, 8(9): eabl6769. DOI:10.1126/sciadv.abl6769

[2] Bai Y, Zhang Y, Dello Stritto M, et al. "Optical Photothermal Infrared Spectroscopy Enables Label-Free Chemical Imaging of Live Cells at Sub-Micron Resolution." Nature Methods, 2023, 20(9): 1329–1337. DOI:10.1038/s41592-023-01916-6

[3] Dazzi A, Prater C B. "AFM-IR: Technology and Applications in Nanoscale Infrared Spectroscopy." Chemical Reviews, 2017, 117(7): 5146–5173. DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00448

[4] Kansiz M, Prater C B, Dillon E, et al. "Optical Photothermal Infrared Microspectroscopy with Simultaneous Raman: A New Complementary Technique for Biological Materials Analysis." Frontiers in Chemistry, 2020, 8: 570949. DOI:10.3389/fchem.2020.570949

[5] Liu G L, Kazarian S G. "Recent Advances and Applications to Cultural Heritage Using ATR-FTIR Spectroscopy and ATR-FTIR Spectroscopic Imaging." Analyst, 2022, 147: 1777–1797. DOI:10.1039/D2AN00005A

[6] Mathurin Y J C, Gentili A, Reffner J A, et al. "Advanced Infrared Microspectroscopy of Single Living Cells: Comparison of Synchrotron Infrared and O-PTIR." Analyst, 2022, 147(18): 4217–4227. DOI:10.1039/D2AN00855K

[7] Kansiz M, Dillon E, Demissie A, et al. "Beyond the Diffraction Limit: O-PTIR Spectroscopy for Sub-Micron Chemical Imaging in Biology and Materials Science." Analytical Chemistry, 2024, 96(7): 2845–2854. DOI:10.1021/acs.analchem.3c04624

[8] Mittal A, Nabi B, Vahabi H, et al. "O-PTIR Imaging of Polymer Blends: Resolving Phase Separation at the Sub-Micron Scale." Polymer, 2023, 268: 125712. DOI:10.1016/j.polymer.2023.125712

[9] Griffiths P R, de Haseth J A. Fourier Transform Infrared Spectrometry. 2nd ed. Wiley, 2007. ISBN: 978-0-471-19404-0.

[10] Martin M C, Dumas P. "Infrared Synchrotron Radiation: From the Production to the Spectroscopic Exploitation." Comptes Rendus Physique, 2010, 11(7–8): 380–389. DOI:10.1016/j.crhy.2010.06.002

[11] ftir.fun 水分子官能团页. https://ftir.fun/ir/group/w...

[12] ftir.fun 硅氧键官能团页. https://ftir.fun/ir/group/s...

[13] ftir.fun 硅氧烷官能团页. https://ftir.fun/ir/group/s...

[14] ftir.fun 硅酸盐官能团页. https://ftir.fun/ir/group/s...

[15] ftir.fun 碳酸根官能团页. https://ftir.fun/ir/group/c...

[16] ftir.fun 烷基 C-H 官能团页. https://ftir.fun/ir/group/a...

[17] ftir.fun 羰基官能团页. https://ftir.fun/ir/group/c...

[18] ftir.fun 脂质官能团页. https://ftir.fun/ir/group/l...

[19] ftir.fun 磷脂官能团页. https://ftir.fun/ir/group/p...

[20] ftir.fun 蛋白质官能团页. https://ftir.fun/ir/group/p...

[21] ftir.fun 蛋白质 α-螺旋官能团页. https://ftir.fun/ir/group/p...

[22] ftir.fun 蛋白质 β-折叠官能团页. https://ftir.fun/ir/group/p...

[23] ftir.fun 核酸官能团页. https://ftir.fun/ir/group/n...

[24] ftir.fun 酯基官能团页. https://ftir.fun/ir/group/e...

[25] ftir.fun Lewis 酸位官能团页. https://ftir.fun/ir/group/l...

[26] ftir.fun Brønsted 酸位官能团页. https://ftir.fun/ir/group/b...

[27] ftir.fun 吸附一氧化碳官能团页. https://ftir.fun/ir/group/a...

下一集预告：Ep 40 — 时间分辨红外光谱：追踪反应动力学
前三集我们聚焦"空间维度"——显微红外、FPA 成像、同步辐射、O-PTIR 把红外推进到微米甚至亚微米尺度。下一集将转向"时间维度"：时间分辨红外光谱（Time-Resolved FTIR）。我们将讲解快速扫描与步进扫描两种模式的原理，时间分辨率从毫秒到纳秒的跨越，及其在光化学反应机理、催化反应动力学、反应中间体捕获中的应用。特别介绍原位电化学红外（SEC-FTIR）与光催化水分解中间体监测两个前沿案例。

本文使用 CC BY-NC-SA 4.0 许可。配图来自公开领域或已标注来源的网络资源，版权归原作者所有。