Dämpad totalreflektans
Attenuerad totalreflektion ( ATR ) är en provtagningsteknik som används i samband med infraröd spektroskopi som gör att prover kan undersökas direkt i fast eller flytande tillstånd utan ytterligare förberedelser.
ATR använder en egenskap av total intern reflektion som resulterar i en evanescent våg . En stråle av infrarött ljus passerar genom ATR-kristallen på ett sådant sätt att den reflekteras åtminstone en gång från den inre ytan i kontakt med provet. Denna reflektion bildar den evanescenta vågen som sträcker sig in i provet. Inträngningsdjupet i provet är typiskt mellan 0,5 och 2 mikrometer , med det exakta värdet bestämt av ljusets våglängd, infallsvinkeln och brytningsindexen för ATR-kristallen och mediet som sonderas. Antalet reflektioner kan varieras genom att variera infallsvinkeln. Strålen samlas sedan upp av en detektor när den lämnar kristallen. De flesta moderna infraröda spektrometrar kan konverteras för att karakterisera prover via ATR genom att montera ATR-tillbehöret i spektrometerns provfack. Tillgängligheten, den snabba omvandlingen av prover och enkelheten hos ATR- FTIR har lett till betydande användning av forskarvärlden.
Denna försvinnande effekt fungerar bara om kristallen är gjord av ett optiskt material med ett högre brytningsindex än provet som studeras. Annars går ljuset förlorat till provet. I fallet med ett vätskeprov är det tillräckligt att hälla en ytlig mängd över kristallens yta. I fallet med ett fast prov, är proverna ordentligt fastklämda för att säkerställa god kontakt och för att avlägsna instängd luft som skulle minska signalintensiteten. Det signal-brusförhållande som erhålls beror på antalet reflektioner men också på den totala längden av den optiska ljusvägen som dämpar intensiteten. Därför kan ett generellt påstående att fler reflektioner ger bättre känslighet inte göras. [ citat behövs ]
Typiska material för ATR-kristaller inkluderar germanium , KRS-5 och zinkselenid , medan kisel är idealiskt för användning i Far-IR-området i det elektromagnetiska spektrumet . De utmärkta mekaniska egenskaperna hos diamant gör det till ett idealiskt material för ATR, särskilt när man studerar mycket hårda fasta ämnen, även om det breda diamantfononbandet mellan 2600 och 1900 cm −1 avsevärt minskar signal till brus i denna region. Kristallens form beror på typen av spektrometer och provets natur. Med dispersiva spektrometrar är kristallen en rektangulär platta med avfasade kanter, sedd i tvärsnitt i illustrationerna. Andra geometrier använder prismor, halvsfärer eller tunna ark. [ citat behövs ]
Ansökningar
Infraröd (IR) spektroskopi av ATR är tillämplig på samma kemiska eller biologiska system som transmissionsmetoden. En fördel med ATR-IR framför transmission-IR är den begränsade väglängden in i provet. Detta undviker problemet med stark dämpning av IR-signalen i högabsorberande media såsom vattenlösningar. För ultraviolett eller synligt ljus (UV/Vis) är den evanescenta ljusvägen tillräckligt kort så att interaktionen med provet minskar med våglängden. För optiskt täta prover kan detta möjliggöra mätningar med UV. Dessutom, eftersom ingen ljusväg behöver upprättas, används enkelaxelsonder för processövervakning och är tillämpliga i både det när- och mittinfraröda spektrumet. [ citat behövs ]
Nyligen har ATR-IR applicerats på mikrofluidiska flöden av vattenlösningar genom att konstruera mikroreaktorer med inbyggda öppningar för ATR-kristallen, vilket tillåter flödet i mikrokanaler att passera över kristallytan för karakterisering, eller i dedikerade flödesceller. På grund av ATR-geometrin och den resulterande evanescenta vågen är det möjligt med denna teknik att studera transportfenomen och sorptionskinetik genom tunna filmer. Förmågan att passivt karakterisera prover utan provberedning har också lett till användningen av ATR-FTIR för att studera spårbevis inom kriminalteknisk vetenskap .
ATR-FTIR används också som ett verktyg i farmakologisk forskning för att i detalj undersöka protein/farmaceutiska interaktioner. Vattenlösliga proteiner som ska undersökas kräver Polyhistidine-taggar , vilket gör att makromolekylen kan förankras till ett lipiddubbelskikt, som är fäst vid en germaniumkristall eller annat lämpligt optiskt medium. Intern reflektion med och utan applicerad läkemedel eller ligand kommer att producera skillnadsspektra för att studera konformationsförändringar av proteinerna vid bindning.
Se även
Källor
Bibliografi
- Harrick, NJ (1967). Inre reflektionsspektroskopi . John Wiley & Sons Inc. sid. 342. ISBN 978-0-470-35250-2 .
- "Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)" . nuance.northwestern.edu . Northwestern University Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center . Arkiverad från originalet den 24 maj 2014.