VeeMAX III 可變角鏡面反射與 ATR 的 FTIR 光學平台

VeeMAX III 在 FTIR 應用中的定位

FTIR 主機負責產生紅外光並記錄光譜；VeeMAX III 則決定紅外光如何到達樣品、以什麼角度與樣品作用，以及反射光如何被收回。

VeeMAX III 的基本用途是可變角鏡面反射，適合直接量測具有反射表面的樣品，例如金屬基板上的薄膜、塗層、半導體晶圓，或具有角度相依特性的光學表面。需要 ATR 時，則可將上方取樣介面換成單次反射 ATR 晶體板。紅外光在晶體內發生全反射，並以靠近晶體表面的倏逝場讀取與晶體接觸的材料。

透過更換取樣介面，VeeMAX III 可在鏡面反射與 ATR 兩種模式之間切換。研究者可依樣品與研究目的，直接分析反射式薄膜、比較不同 ATR 探測深度，或再加入偏振與環境控制。

VeeMAX III 如何調整紅外光的入射角

紅外光進入 VeeMAX III 後，先由兩面導光鏡送往拋物面鏡，經過準直與重新聚焦後到達樣品。移動附件內的鏡組，即可改變光束照向樣品的角度。光路另一側的對稱光學組再收集反射光，並將光束送回 FTIR 偵測器。調整角度時，樣品仍留在同一個取樣位置，不必反覆重新架設。

這種設計讓研究者能在同一取樣位置依序改變角度，減少重複拆裝與定位造成的差異。VeeMAX III 的取樣區也保持開放，尺寸較大的平面樣品可直接以待測面朝下放置。整套光路採用反射式光學元件，變角過程不需要使用透射鏡片。

從鏡面反射延伸到 ATR、偏振與自動化

鏡面反射：分析反射基板上的薄膜與表面層

鏡面反射模式讓紅外光直接照向樣品表面，再收集由表面與基板反射回來的光。對金屬基板上的薄膜或塗層而言，改變入射角會同時影響光在膜層中的有效路徑、照射在樣品上的光斑，以及不同偏振方向的反射響應。在特定薄膜與反射基板上，提高入射角可延長光在膜層中的有效路徑，使較弱的吸收訊號更容易辨認。

這條路徑適合分析塗層成分、薄膜化學結構、表面接枝分子，以及本身具有角度相依反射特性的材料。

變角 ATR：調整靠近表面的探測深度

換上 ATR 晶體板後，紅外光不再直接由樣品表面反射，而是在高折射率晶體內發生全反射。全反射產生的倏逝場會從晶體表面延伸進入樣品，與貼合在晶體上的材料作用並形成 ATR 光譜。改變入射角會改變倏逝場進入樣品的深度，因此可比較訊號中來自表面附近與較深區域的相對變化。

ATR 的實際探測深度與入射角、波長、晶體和樣品的折射率，以及晶體斜面角有關。

偏振控制：觀察分子排列與方向性差異

VeeMAX III 可在光路中加入紅外偏振器。當薄膜中的分子鏈、官能基或表面鍵結具有特定排列方向時，改變偏振方向也會改變紅外電場與分子振動的耦合。比較不同偏振條件下的光譜，便能辨認一般量測中不易分辨的方向性資訊。

偏振可用於鏡面反射，也可與變角 ATR 結合。前者常見於單分子層、半導體表面與方向性光學薄膜；後者可同時比較高分子材料在不同探測深度下的取向變化。

自動控制：依序收集多角度光譜

自動化版本可將角度設定與 FTIR 資料收集串接，依預先安排的順序完成多角度量測。自動控制減少逐次手動換角、重新定位與記錄造成的差異，使不同角度的鏡面反射或 ATR 結果更容易比較。

VeeMAX III 也可透過不同取樣板或量測槽（cell），延伸到溫度控制與光譜電化學。這些配置建立樣品所需的實驗環境，VeeMAX III 則負責變角與收光。

VeeMAX III 研究案例

反射基板上的薄膜與塗層

PIKE Technologies 原廠曾以鋁箔上的不沾塗層示範自動變角鏡面反射。在同一個測點依序收集多角度光譜後，較高的入射角增加了光在薄塗層中的有效路徑，使塗層的吸收訊號更容易辨認。這項示範說明，VeeMAX III 可以在不切下或轉移薄膜的情況下，直接從反射基板取得化學資訊。

挪威奧斯陸大學（University of Oslo）與位於挪威的北歐牙科材料研究所（Nordic Institute of Dental Materials, NIOM）在光活性金屬－萘混成薄膜的分子層沉積研究中，使用 VeeMAX III 分析沉積於鋼片上的薄膜。鏡面反射 FTIR 用來辨認有機配體與金屬中心的配位結構；研究團隊再以 XPS、UV-Vis 與發光量測補充薄膜的表面化學、光學及發光資訊。

單分子層與高分子的方向性吸收

由英國蘭卡斯特大學（Lancaster University）等機構組成的研究團隊在矽表面分子層的光敏化研究中，以 VeeMAX III 搭配 p 偏振鏡面反射，辨認矽表面乙烯基與烯丙基分子層的 C－H 振動。研究者透過改變偏振方向與反射角度，觀察分子層的方向性吸收；XPS 則用來確認分子接枝與表面化學狀態。

在高分子材料方面，PIKE Technologies 原廠以吹塑 PET 瓶片示範變角 ATR 與 TE／TM 偏振的組合。不同入射角改變 ATR 的探測深度，兩種偏振則呈現分子鏈排列方向的差異，因而能比較吹塑成形後從表面向內的取向變化。

層狀薄膜與埋藏界面

由荷蘭富士膠片歐洲製造公司（FUJIFILM Manufacturing Europe）、荷蘭埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）與荷蘭基礎能源研究所（Dutch Institute for Fundamental Energy Research, DIFFER）組成的團隊進行了常壓電漿 CVD 非晶二氧化矽薄膜的微結構研究。團隊使用 VeeMAX III 的單次反射 ATR，分析沉積於 PEN 薄膜上的二氧化矽阻隔層。ATR 光譜呈現 Si－O－Si 網絡結構與孔隙相關資訊，研究者再將結果與製程條件及水氣阻隔量測對照。

由荷蘭台夫特理工大學（Delft University of Technology）與荷蘭研究機構 AMOLF 等單位組成的團隊進行了金屬－高分子界面的化學吸附研究。團隊以 VeeMAX III 的變角 ATR 分析鋅／氧化鋅與聚酯之間的埋藏界面。倏逝場由 Ge 晶體側穿過金屬層，與靠近高分子界面的區域作用。研究者再將結果與表面和頻生成光譜（SFG）比較，藉此區分具有一定厚度的界面過渡區（interphase）與二維界面（interface）。這項研究利用 Ge 晶體與薄金屬層的配置，分析被上層材料覆蓋的界面。

中紅外超穎表面的方向性響應

對超穎表面（metasurface）而言，入射角本身就是材料光學響應的一部分。由法國古斯塔夫・艾菲爾大學（Université Gustave Eiffel）與法國 Si-Ware Systems SAS 等機構組成的團隊在矽微結構中紅外超穎表面的光譜放射率研究中，以自動化 VeeMAX III 搭配紅外偏振器進行多角度反射量測，追蹤共振位置與吸收的變化。VeeMAX III 在這裡提供可重複的角度與偏振條件；觀察到的方向性放射率則來自超穎表面的材料與微結構設計。

VeeMAX III 與光譜電化學應用

當實驗需要控制電位，並在工作電極、對電極、參考電極與電解液構成的環境中進行量測時，VeeMAX III 也能作為光譜電化學系統的反射光學平台。研究者可搭配客製電化學槽，也可使用為 VeeMAX III 整合設計的 Jackfish 光譜電化學反應槽。

現行 Jackfish 商品化配置需要搭配 VeeMAX III：Jackfish 建立可施加電位並容納電解液的電化學環境，VeeMAX III 則控制紅外光進出界面的角度與反射路徑。這是 VeeMAX III 的一條重要應用分支，但不是它唯一的產品定位。

延伸閱讀：Jackfish 與 VeeMAX III 的 FTIR 光譜電化學應用 VeeMAX III 產品規格與配置