Спектроскопии

ССМ может быть использован не только в качестве инструмента для получения рельефа поверхности, но также и для картирования ряда других характеристик и материальных свойств образца, в частности, зарядовой плотности, адгезии и упругости, а также сил разрыва связей лиганд-рецептор.  ССМ может быть использован также в качестве инструмента силовой спектроскопии – для измерений зависимости сил от расстояния. Для колеблющегося кантилевера сила взаимодействия зонд-поверхность может оказывать влияние также и на некоторые другие характеристики -  амплитуду, частоту, фазу, добротность и т.д. Соответствующие зависимости этих характеристик от расстояния  могут также рассматриваться как спектроскопические данные.
Измерение сил в ССМ производится путем накопления силовых кривых, которые представляют собой зависимости отклонений кантилевера, d_c, от положения образца вдоль z-оси (т.е. по направлению к или от зонда; z – положение пьезосканера). Предполагается простое соотношение (например. Закон Гука) между силой, F, и отклонением кантилевера:

F = - k d_c

где k – жесткость кантилевера. Некоторые другие силы,  включаемые во взаимодействия зонд-образец при подводе и отводе образца представлены на рисунке слева [1]. Используемые определения см. ниже. Интерпретация АСМ силовых кривых практически полностью зависит от установления закономерностей силового взаимодействия, в том числе тех, которые определены с использованием приборов измерения поверхностных сил (surface force apparatus, SFA) [2]. Эти силовые законы описывают силы скорее как функции расстояний зонд-образец (D), чем как функции положения z-сканера. Поэтому, чтобы быть полезными, силовые кривые должны быть преобразованы в описания сил как функций расстояния D, F(D). Однако современные ССМ не обладают возможностью независимого определения  D. Вместо этого преобразование к зависимости от D достигается путем вычитания отклонения кантилевера из z-перемещения пьезосканера.
Для очень твердых образцов нулевое расстояние зонд-образец определяется как область на силовой кривой, где отклонение кантилевера в соотношении 1:1 связано с перемещением образца; на силовой кривой она проявляется как прямая линия с единичным наклоном. Скорректированная кривая называется «Кривая Сила-Расстояние» (Force–distance curve). Отметим, что определение D в этом приближении требует, чтобы зонд находился в контакте с образцом. На практике существуют два фактора (дальнодействующие силы и упругость образца) которые могут сделать определение точки контакта весьма затруднительным. Полная силовая кривая включает силы, измеренные при приближении зонда к образцу и его отводе от образца. Поскольку силы, действующие на зонд, отличаются при его движении по направлению к образцу и от образца, силовые кривые разделены на кривые подвода и отвода и рассматриваются отдельно. 

   Ссылки

1. TIBTECH 17, 143 (1999). 
2. Israelashvili, J.N. (1992) Intermolecular and Surface Forces, Academic Press.

   Download Flash model 

   Определения