和普通红外光谱的采样模式一样，红外显微成像也有三种采集方式：透射成像、（外）反射成像以及衰减全内反射成像。

1.透射成像

透射式*先用于红外显微成像。这种采集方式用于测量薄的、可透过红外光的样品，如厚度小于30μm的薄膜、固体切片和微量液态样品。测样时将分析样品夹在两个红外透明材料（如KBr、NaCl、ZnSe等）之间，然后固定在载物台上:对薄膜或固体切片的样品，也可直接固定在载物台上。載物台是一个可在x、y、z三个方向精密移动的平台，其中x和y用于将样品中感兴趣区域调节至光東中央；z轴用于调节样品高度，使光束聚焦在样品上，红外线透过样品后经聚焦进入成像检测器。透射成像的信噪比高，应用*广泛，但是对于较厚的固体样品，采用透射模式成像时通常都需要**行显微切片后方能进行分析。根据不同的分析目的，样品可采用冰冷冻包埋或石蜡包埋的方式进行切片。切片厚度根据样品性质而不同，但一般都应小于30μm。透射成像膜需要有两个 Cassegrain聚光镜，分别位于样品的上下两侧。下聚光镜用于将调制的红外光聚焦到样品上，而上聚光镜作为物镜使用，用于将透过的红外光导入到成像检测器。

2.反射成像

反射成像模式用于样品沉积或附着在一些具有镜面反射效应或者红外反射效应的基体上时的测量。在反射成像模式中，红外光首先透过样品并被下方的镜面反射，反射光再次穿过样品后进入到检测器中，因此反射成像中红外光穿过样品两次，这种反射成像模式实际上是一种透反射模式（ transfection）。反射成像的图像采集过程与透射成像类似，但反射成像模式只采用一个Cassegrain物镜，它同时也起聚光镜作用，而透射成像有上下两个。需要注意的是，在反射模式装置的设计中，通常只有12物镜用于图1反射成像的光路照射样品，另ー半物镜用于收集反射光，如图1所示，这会使系统的实际NA值（数值孔径）发生改变，一般为全照射系统的50％。镜面反射基板可以为镀有Au、Pt、Cd、Al等的玻璃镜面，也可直接为一些表面光亮的金属箔片，如铝箔、铜箔等。为了控制样品环境和期望的一致，在透射和反射样品台上还可加载加热装置以及其他附件。

图1 反射成像的光路示意

3.衰减全内反射成像

衰减全内反射成像模式（ATR- FTIR imaging）用于透射和反射均难以制样的样品以及需要进行表面微区分析的样品，这种成像方式几乎不需要进行样品的预处理或预制备，而且能提高红外成像的空间分辨率。和传统ATR方式尽可能采用多次反射来增加光程不同，ATR成像模式均采用单次反射，以便保留样品的空间特征

衰减全内反射成像有三种模式:绘地图模式（ATR- FTIR mapping）、显微成像模式（ micro-ATR- FTIR imaging）以及大区域成像模式（ macro-ATR- FTIR Imaging）。图2给出不同成像模式下ATR工作原理示意。

图2 几种不同ATR成像模式及其光路系统原理示意

（a）显微ATR物镜（绘地图模式）；（b）用于成像的倒置ATR棱镜采样示意；

（c）一种显微成像模式的成像金刚石ATR附件；（d）一种大区域成像模式的大的倒置ZnSe ATR附件

（1）绘地图模式这种成像模式采用单点检测器，ATR晶体或者作为一个小附件插入到反射成像模式的物镜下，或者直接固定在物镜上制成专门的ATR物镜，成像仪器配有个专门的电子压力传感器，以保证样品与ATR晶体紧密接触，且不会损坏晶体，样品置压力传感器上并随载物台一起移动。通过这样的方式逐点扫描，然后组合为一幅红外图像。通常采用的ATR晶体为Ge、Si或金刚石。

（2）显微成像模式这种成像模式采用焦平面阵列检测器或线阵列检测器，ATR晶体呈倒金字塔形，同样是插入到显微镜物镜下用于红外图像的采集，金字塔形晶体的平面部分要与样品紧密接触以保证采集到高质量的图像。这种成像模式不用样品台移动，能够次成像，不过由于ATR晶体具有聚光作用，其成像面积一般不超过50μm×50μm。显微成像模式的空间分辨率可达到1μm。

（3）大区域成像模式大区域成像模式采用焦平面阵列检测器，ATR晶体也呈1倒金字塔形，不过这种ATR晶体较大，而且与显微成像模式*显著的不同是红外光東经过ATR晶体内反射后并不需要用显微镜物镜进行聚光，而是直接进入到FPA检测器（如图3所示），因此其成像面积明显增大，另外为了保证大面积成像，在入射光束和出射光束的光路上通常都采用透镜进行扩束［见图2（d）］大区域成像模式的成像面积随检测器大小的不同可从500μm×500μm到5000μmx5000μm。