SPM-8100FM - 應用資訊

SPM-8100FM 高感度掃描型探針顯微鏡

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空氣中

鉛酞青素結晶薄膜的分子結構排列

這些圖片顯示常用於有機發光顯示器和染料敏感化太陽能電池的酞青素結晶。可清楚觀察到圍繞分子中心金屬原子的四葉結構。

樣品：PbPc/MoS 2

酞菁素結晶中的原子缺陷

觀察在空氣中分裂的酞青素結晶表面。若寬面積影像 (圖中左側) 中觀察到的平台增大，可沿著主要聯乙炔鏈觀察到以 0.5 nm 間隔排列的 PTS (對甲苯磺酸)，與 0.75 nm 間隔與 b 軸平行排列。可看到原子缺陷，證明這是實際空間的影像，而非週期性 FFT 影像。

液體中

蛋白質的分子結構 1)

在飽和水溶液中觀察蛋白溶酶。可在表面單元晶格 (右圖的方形) 內觀察到蛋白質分子 (左圖的圓圈)。

混合晶狀結構



這展現出在混合溶液中，觀察單一 NaCl 晶體表面上磊晶生長的 Na 2MgCl4 晶體。
由於可觀察晶狀結構，此技術可用於識別混合樣品的結構。

方解石裂面的原子結構 2)


這是液態媒介中，表面結構的原子解析度觀察。左圖中可明顯看到方解石表面缺陷。

參考文獻

  1. K. Nagashima, M. Abe, S. Morita, N. Oyabu, K. Kobayashi, H. Yamada, R. Murai, H. Adachi, K. Takano, H. Matsumura, S. Murakami, T. Inoue, Y. Mori, M. Ohta, R. Kokawa, Molecular resolution investigation of tetragonal lysozyme(110) face in liquid by FM-AFM, Journal of Vacuum Science and Technology B 28 (2010) C4C11-C4C14
  2. Sebastian Rode, Noriaki Oyabu, Kei Kobayashi, Hirofumi Yamada, and Angelika Kuhnle, True Atomic-Resolution Imaging of (1014) Calcite in Aqueous Solution by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy, Langmuir, 2009, 25 (5), pp 2850–2853

* 本頁上的所有資料，均使用培養皿類型溶液容槽 (選配選項) 取得。

水合/溶化結構的觀察範例

什麼是水合和溶化？

已知與固體接觸的液體會分層，此現象稱為溶化，或者就水而言，稱為水合。一般認為與液體團塊不同的這個特徵結構，主要影響固液介面扮演的多種角色，例如溶解、化學反應、電荷轉移、潤濕、潤滑和液相中的熱傳遞。不過由於這一層極薄，實驗上不容易測量水合/溶化結構。特別是，尚未能偵測到表面的平面內方向中的非均勻結構。

與現有 AFM 技術的差異

測量水合/溶化時，懸臂上的力量變化極小。不過透過使用超靈敏 FM 方法，現在可以首次測量到此結構。
此類方法不僅能夠測量 Z-X 方向中的水合/溶化，也能夠分析 3D Z-XY 結構。HR-SPM 能力現在已從單純表面觀察，進展到測量固液介面的結構。

水合/溶化測量方法

  1. 在溶液中運行 HR-SPM，讓懸臂以高精確度接近固體樣品表面，達到設定數值 (≠fmax)。
  2. 使用力曲線方法測量懸臂尖端探針上的力。
  3. 可在貼近固液介面旁，取得符合樣品的特徵功率差異 (Δ f)。
  4. 力的差異來自水合/溶化，可為液體內的分層結構提供見解。
  5. 透過在 X 方向連續擷取 (Z-X 測量)，可視覺化水合/溶化結構的截面。
  6. 還有，可透過在 Y 方向擷取 Z-X 測量，分析固液介面的 3D 結構。

資料分析軟體

此軟體專為 3D 測繪資料分析設計。為分析水合和溶化結構資料提供強大的支援。

  • 顯示 3D 測繪資料
  • 從測繪資料抽取和顯示 2D 影像
  • 在 2D 影像資料上顯示並分析指定的 1D 資料

水合/溶化結構測量的範例

1-癸醇 (1-Decanol) 與石墨接觸的介面結構

觀察石墨上 1-癸醇的分子膜 (左圖)。可觀察兩個癸醇分子的連接和分子膜形成。測量癸醇液體與吸附分子層接觸的截面結構 (右圖)。發現癸醇以層狀結構排列，且在平面內方向中存在不均勻分佈。

飽和水溶液接觸 p-硝基苯胺結晶 6)

在左邊測量的 Z-X 中，凸面區域是苯環的位置，而凹面區域是親水性官能基的位置。從每個位置的力曲線 (Z-Δ fcurves)，可明顯看到由於水分子侷限在代表親水官能基的凹面區域中，有強烈水合作用。資料顯示可透過水分子與極性官能基的氫鍵鍵結穩定結構，如下方圖片中的模型所示。

參考文獻

  1. Ryohei Kokawa, Masahiro Ohta, Akira Sasahara, Hiroshi Onishi, Kelvin Probe Force Microscopy Study of a Pt/TiO2 Catalyst Model Placed in an Atmospheric Pressure of N2 Environment, Chemistry – An Asian Journal, 7, 1251-1255 (2012).
  2. K. Nagashima, M. Abe, S. Morita, N. Oyabu, K. Kobayashi, H. Yamada, R. Murai, H. Adachi, K. Takano, H. Matsumura, S. Murakami, T. Inoue, Y. Mori, M. Ohta, R. Kokawa, Molecular resolution investigation of tetragonal lysozyme(110) face in liquid by FM-AFM, Journal of Vacuum Science and Technology B 28 (2010) C4C11-C4C14
  3. Sebastian Rode, Noriaki Oyabu, Kei Kobayashi, Hirofumi Yamada, and Angelika Kuhnle, True Atomic-Resolution Imaging of (1014) Calcite in Aqueous Solution by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy, Langmuir, 2009, 25 (5), pp 2850–2853
  4. K. Kimura, S. Ido, N. Oyabu, K. Kobayashi, Y. Hirata, T. Imai, H. Yamada, Visualizing water molecule distribution by atomic force microscopy, Journal of Chemical Physics, 132, 19, 194705 (2010).
  5. Kei Kobayashi, Noriaki Oyabu, Kenjiro Kimura, Shinichiro Ido, Kazuhiro Suzuki, Takashi Imai, Katsunori Tagami, Masaru Tsukada and Hirofumi Yamada, Visualization of hydration layers on muscovite mica in aqueous solution by frequency-modulation atomic force microscopy, Journal of Chemical Physics, 138, 184704 (2013).
  6. Takumi Hiasa, Kenjiro Kimura, Hiroshi Onishi, Masahiro Ohta, Kazuyuki Watanabe, Ryohei Kokawa, Noriaki Oyabu, Kei Kobayashi, Hirofumi Yamada, Aqueous Solution Structure over α-Al2O3 (0112) Probed by Frequency-Modulation Atomic Force Microscopy, J. Phys. Chem. C, 2010, 114 (49), pp 21423-21426
  7. Rina Nishioka, Takumi Hiasa, Kenjiro Kimura, and Hiroshi Onishi, Specific Hydration on p-Nitroaniline Crystal Studied by Atomic Force Microscopy, J. Phys. Chem. C, 117, 2939− 2943 (2013).

* 本頁上的所有資料，均使用培養皿類型溶液容槽 (選配選項) 取得。