Hochauflösendes SFG
für die direkte Interpretation von Grenzflächenspektren
Femtosekundenbasierte SFG-Spektroskopiesysteme sind heute weit verbreitet und ermöglichen die schnelle Aufnahme breitbandiger Spektren. Wenn jedoch Resonanzen nur wenige Wellenzahlen auseinanderliegen, reicht die spektrale Auflösung häufig nicht aus.
Das Scanning-Pikosekunden-SFG-System von Ekspla wurde genau für diese Fälle entwickelt: bis zu 3 cm⁻¹ spektrale Auflösung, ein lückenlos durchstimmbarer Bereich von 2,3 bis 16 µm und schnelle Spektrenaufnahme über die gesamte Fingerprint-Region.
Key Features unseres SFG-Spektrometers
Schmalbandige Anregung zur Analyse komplexer Vibrationsspektren mit hoher Trennschärfe
Lückenloses Tuning mit Abdeckung der Fingerprint-Region
Extrem schnelles Wellenlängentuning im ms-Bereich für schnelle Messzeiten trotz hoher spektraler Auflösung
Pikosekundenlaser, OPG, Detektionseinheit und Software aus einer Hand, zahlreiche Optionen
SFG-System – Eigenschaften und Design
Das Ekspla Scanning-SFG-Spektrometer ist als integriertes Messsystem für hochauflösende Grenz- und Oberflächenspektroskopie konzipiert. Laserquelle, SFG-Modul, Detektion und Messsoftware sind aufeinander abgestimmt und ermöglichen reproduzierbare Messbedingungen über den gesamten Spektralbereich.
Schmalbandige MIR-Erzeugung
Herzstück des Systems ist das Pikosekundenlasersystem PT501 mit moden-gelocktem Nd:YAG Pumplaser und integrierter parametrischer MIR-Erzeugung. Es liefert schmalbandige, durchstimmbare IR-Pulse von 625 – 4345 cm⁻¹ (2,3 – 16 µm) bei einer spektralen Auflösung von <3 cm⁻¹.
Im Gegensatz zu breitbandigen fs-SFG-Systemen wird das Spektrum durch das Scannen der IR-Wellenlänge aufgenommen. Dadurch lassen sich auch eng benachbarte Schwingungsbanden zuverlässig trennen und direkt interpretieren.
Schnelles und automatisiertes Messen
Die Fast-Scan-Technologie des Lasersystems ermöglicht eine schnelle und präzise Wellenlängenabstimmung über den gesamten Spektralbereich. Dadurch können vollständige SFG-Spektren über den gesamten Tuningbereich innerhalb weniger Sekunden aufgenommen oder gezielt zwischen einzelnen Wellenlängen in nur 0,3 Sekunden gewechselt werden. Das reduziert die Messzeit erheblich und verbindet die hohe spektrale Auflösung des Scanning-SFG-Systems mit einer effizienten Datenerfassung.
Optimierte Signalqualität
Im SFG-Modul wird der abstimmbare MIR-Puls mit einem schmalbandigen VIS-Puls kombiniert. Eine zeitlich gegatete Detektion reduziert Hintergrundsignale, während die kontinuierliche Erfassung der VIS- und MIR-Pulsenergie eine Normalisierung jedes Messpunkts ermöglicht. Das verbessert Signalqualität und Reproduzierbarkeit.
Messgeometrie
Technische Spezifikationen des SFG-Systems
Das offene Design des Probenbereichs ermöglicht die Integration anwendungsspezifischer Probenhalter und Umgebungszellen. Langmuir-Blodgett-Tröge, temperatur- und feuchtigkeitskontrollierte Messzellen sowie weitere Erweiterungen können eingebunden werden, um Grenzflächen unter definierten experimentellen Bedingungen zu untersuchen.
Scanning ps-SFG Spektrometer | Ekspla
schmalbandige Anregung einzelner spektraler Linien
- Messspektrum: 625 – 4300 cm-1
- Spektrale Auflösung: bis zu < 3cm-1
- Messung: Fast Scan & Wavelength Sweep
- Komplettlösung: ps OPG PT501-SH @ 2,3 – 16 µm, SFG-Detektionseinheit und -Software
Optionen
Double Resonance-SFG-Spektrometer
Optional ist das System als Double-Resonance-SFG-Spektrometer erhältlich. Dabei sind sowohl die IR- als auch die VIS-Wellenlänge durchstimmbar. Dies ermöglicht eine selektivere Anregung als konventionelles SFG und eröffnet Untersuchungen der Kopplung zwischen molekularen Schwingungen und elektronischen Zuständen an Grenzflächen. Gleichzeitig kann die VIS-Wellenlänge an Proben mit starker Absorption bei 532 oder 1064 nm angepasst werden.
Phasensensitive Messungen
Optional ist das System für phasensensitive SFG-Messungen erhältlich. Neben der Signalintensität wird auch die Phase der nichtlinearen Suszeptibilität χ⁽²⁾ bestimmt. Dadurch lassen sich Real- und Imaginärteil der Suszeptibilität getrennt auswerten und Orientierung sowie Ausrichtung molekularer Gruppen an Grenzflächen eindeutig bestimmen. Dies erweitert die Aussagekraft konventioneller SFG-Messungen insbesondere bei komplexen Grenzflächensystemen.
Kombinierte Standard- und phasensensitive SFG-Konfiguration
Optional ist das SFG-Spektrometer als umschaltbare Standard- und Phase-Sensitive-Konfiguration erhältlich. Dadurch können sowohl konventionelle SFG-Intensitätsmessungen als auch phasensensitive Messungen mit demselben System durchgeführt werden. Der Wechsel zwischen beiden Messmodi erfolgt mit wenigen Handgriffen, sodass das System flexibel an unterschiedliche experimentelle Anforderungen angepasst werden kann.
Standard-Konfiguration: Durchstimmbarer IR-Puls von 2,3 -16 µm
Phasensensitive Konfiguration: Interferometrische Bestimmung der SFG-Phase im Bereich 2,3 – 10 µm
Sind Fragen offen?
Wir beraten Sie gerne mit einer ersten Einschätzung zu Ihren Experimenten sowie zu möglichen Ausstattungsvarianten.
FAQ – SFG-Spektrometer für die Grenzflächenanalyse
Warum SFG Spektroskopie?
- Sensitiv und selektiv für die Orientierung von Molekülen in der Oberflächenschicht
- Intrinsisch oberflächenspezifisch
- Selektiv für adsorbierte Spezies
- Sensitiv für Moleküle bis hin zu Submonolagen
- Anwendbar auf alle für Licht zugänglichen Grenzflächen
- Zerstörungsfrei
- Ermöglicht hohe spektrale und räumliche Auflösung
Die Summenfrequenz-Schwingungsspektroskopie bzw. Sum Frequency Generation (Vibrational) Spectroscopy, (SFG / SFG-VS) ist eine leistungsstarke nichtlineare spektroskopische Methode zur molekularen Untersuchung von Oberflächen und Grenzflächen. Dabei werden ein abstimmbarer infraroter (IR) Laserpuls und ein sichtbarer (VIS) Laserstrahl miteinander überlagert, wodurch Licht mit der Summenfrequenz ωSFG = ωIR + ωVIS entsteht.
Da SFG ein Prozess zweiter Ordnung ist und nur bei gebrochener Inversionssymmetrie auftritt, ist die Methode intrinsisch oberflächenspezifisch. An Grenzflächen tragen daher ausschließlich interfaciale Moleküle zum Signal bei. Durch das Abstimmen der IR-Frequenz werden charakteristische molekulare Schwingungen detektiert, die Informationen über chemische Zusammensetzung, Struktur und Orientierung der Moleküle liefern.
SFG-VS kombiniert somit Oberflächensensitivität mit molekularer Schwingungsselektivität und ermöglicht durch polarisationsabhängige Messungen die Bestimmung der Orientierung und Ordnung molekularer Gruppen an Grenzflächen.
Beispielspektren:
Für welche Anwendungen ist Schmalbandige SFG besonders geeignet?
Schmalbandige SFG-Systeme (ps-SFG-Systeme) sind besonders geeignet für Untersuchungen statischer Grenzflächenstrukturen, bei denen die Trennung einzelner Schwingungsbanden und die direkte Interpretation von Vibrationsspektren im Vordergrund stehen.
Wann ist ein fs-SFG-System die bessere Wahl?
Breitbandige SFG-Systeme (fs-SFG-Systeme) eignen sich besser, wenn ultraschnelle Dynamik untersucht werden soll und Zeitauflösung wichtiger ist als maximale spektrale Trennschärfe.
Warum sind 3 cm⁻¹ Auflösung relevant? Welche Bedeutung hat das für sogennante Fingerprint-Region?
Eine spektrale Auflösung ist entscheidend, um Schwingungsresonanzen aufzulösen, die in breitbandigen Spektren überlagert erscheinen. Dies gilt insbesondere für die molekulare Fingerprint-Region zwischen 10 und 16 µm, in der zahlreiche charakteristische Schwingungsmoden dicht beieinander liegen. Durch die hohe spektrale Auflösung können einzelne Schwingungsübergänge eindeutig zugeordnet und zuverlässig interpretiert werden.