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和普通紅外光譜的采樣模式一樣，紅外顯微成像也有三種采集方式：透射成像、（外）反射成像以及衰減全內反射成像。

1.透射成像

透射式*先用于紅外顯微成像。這種采集方式用于測量薄的、可透過紅外光的樣品，如厚度小于30μm的薄膜、固體切片和微量液態樣品。測樣時將分析樣品夾在兩個紅外透明材料（如KBr、NaCl、ZnSe等）之間，然后固定在載物臺上:對薄膜或固體切片的樣品，也可直接固定在載物臺上。載物臺是一個可在x、y、z三個方向精密移動的平臺，其中x和y用于將樣品中感興趣區域調節至光東中央；z軸用于調節樣品高度，使光束聚焦在樣品上，紅外線透過樣品后經聚焦進入成像檢測器。透射成像的信噪比高，應用*廣泛，但是對于較厚的固體樣品，采用透射模式成像時通常都需要**行顯微切片后方能進行分析。根據不同的分析目的，樣品可采用冰冷凍包埋或石蠟包埋的方式進行切片。切片厚度根據樣品性質而不同，但一般都應小于30μm。透射成像膜需要有兩個 Cassegrain聚光鏡，分別位于樣品的上下兩側。下聚光鏡用于將調制的紅外光聚焦到樣品上，而上聚光鏡作為物鏡使用，用于將透過的紅外光導入到成像檢測器。

2.反射成像

反射成像模式用于樣品沉積或附著在一些具有鏡面反射效應或者紅外反射效應的基體上時的測量。在反射成像模式中，紅外光首先透過樣品并被下方的鏡面反射，反射光再次穿過樣品后進入到檢測器中，因此反射成像中紅外光穿過樣品兩次，這種反射成像模式實際上是一種透反射模式（ transfection）。反射成像的圖像采集過程與透射成像類似，但反射成像模式只采用一個Cassegrain物鏡，它同時也起聚光鏡作用，而透射成像有上下兩個。需要注意的是，在反射模式裝置的設計中，通常只有12物鏡用于圖1反射成像的光路照射樣品，另ー半物鏡用于收集反射光，如圖1所示，這會使系統的實際NA值（數值孔徑）發生改變，一般為全照射系統的50％。鏡面反射基板可以為鍍有Au、Pt、Cd、Al等的玻璃鏡面，也可直接為一些表面光亮的金屬箔片，如鋁箔、銅箔等。為了控制樣品環境和期望的一致，在透射和反射樣品臺上還可加載加熱裝置以及其他附件。

圖1 反射成像的光路示意

3.衰減全內反射成像

衰減全內反射成像模式（ATR- FTIR imaging）用于透射和反射均難以制樣的樣品以及需要進行表面微區分析的樣品，這種成像方式幾乎不需要進行樣品的預處理或預制備，而且能提高紅外成像的空間分辨率。和傳統ATR方式盡可能采用多次反射來增加光程不同，ATR成像模式均采用單次反射，以便保留樣品的空間特征

衰減全內反射成像有三種模式:繪地圖模式（ATR- FTIR mapping）、顯微成像模式（ micro-ATR- FTIR imaging）以及大區域成像模式（ macro-ATR- FTIR Imaging）。圖2給出不同成像模式下ATR工作原理示意。

圖2 幾種不同ATR成像模式及其光路系統原理示意

（a）顯微ATR物鏡（繪地圖模式）；（b）用于成像的倒置ATR棱鏡采樣示意；

（c）一種顯微成像模式的成像金剛石ATR附件；（d）一種大區域成像模式的大的倒置ZnSe ATR附件

（1）繪地圖模式這種成像模式采用單點檢測器，ATR晶體或者作為一個小附件插入到反射成像模式的物鏡下，或者直接固定在物鏡上制成專門的ATR物鏡，成像儀器配有個專門的電子壓力傳感器，以保證樣品與ATR晶體緊密接觸，且不會損壞晶體，樣品置壓力傳感器上并隨載物臺一起移動。通過這樣的方式逐點掃描，然后組合為一幅紅外圖像。通常采用的ATR晶體為Ge、Si或金剛石。

（2）顯微成像模式這種成像模式采用焦平面陣列檢測器或線陣列檢測器，ATR晶體呈倒金字塔形，同樣是插入到顯微鏡物鏡下用于紅外圖像的采集，金字塔形晶體的平面部分要與樣品緊密接觸以保證采集到高質量的圖像。這種成像模式不用樣品臺移動，能夠次成像，不過由于ATR晶體具有聚光作用，其成像面積一般不超過50μm×50μm。顯微成像模式的空間分辨率可達到1μm。

（3）大區域成像模式大區域成像模式采用焦平面陣列檢測器，ATR晶體也呈1倒金字塔形，不過這種ATR晶體較大，而且與顯微成像模式*顯著的不同是紅外光東經過ATR晶體內反射后并不需要用顯微鏡物鏡進行聚光，而是直接進入到FPA檢測器（如圖3所示），因此其成像面積明顯增大，另外為了保證大面積成像，在入射光束和出射光束的光路上通常都采用透鏡進行擴束［見圖2（d）］大區域成像模式的成像面積隨檢測器大小的不同可從500μm×500μm到5000μmx5000μm。