Кіріспе
Инфрақызыл спектроскопиялық сынама алу әдісі Атенуетілген толық рефлексия (ATR) - сынамаларды тікелей қатты немесе сұйық күйінде, одан әрі дайындаусыз зерттеуге мүмкіндік беретін инфрақызыл спектроскопиямен бірге қолданылатын сынама алу әдісі. ATR жалпы ішкі шағылыстың қасиетін пайдаланады, нәтижесінде evanescent толқын пайда болады. Инфрақызыл сәуле сәулесі АТР кристаллы арқылы, оның үлгімен жанасқандағы ішкі бетіне кемінде бір рет шағылысуы тиіс. Бұл шағылысу үлгіні қамтитын ұшпа толқынды құрайды. Үлгіге ену тереңдігі әдетте 0,5 және 2 микрометр аралығында болады, нақты мәні жарықтың толқын ұзындығы, түсу бұрышы және АТР кристаллы мен зерттелмейтін ортаның сыну индекстері арқылы анықталады. Қайталанулар саны түсу бұрышының өзгеруімен өзгеруі мүмкін. Бұл сәуле кристаллдан шығып бара жатқанда детектормен жиналады. Қазіргі заманғы инфрақызыл спектрометрлердің көпшілігі ATR аксессуарын спектрометрдің үлгі бөлмесіне орнату арқылы ATR арқылы үлгілерді сипаттауға айналдырылуы мүмкін. Фурье трансформациясы инфрақызыл спектроскопиясы (FTIR) бар ATR-дің қолжетімділігі, тез үлгілерді қайта өңдеу және пайдаланудың оңайлығы ғылыми қоғамдастықтың оны едәуір пайдалануына әкелді. Бұл эффект тек қана кристалл зерттелетін үлгіге қарағанда жарылу индексі жоғары оптикалық материалдан жасалса ғана жұмыс істейді. Әйтпесе, үлгіні жарықтандырмайды. Сұйық үлгіде кристаллдың бетін аз мөлшерде құю жеткілікті. Қатты үлгілер жағдайында жақсы байланыс орнату үшін және сигналдың интенсивтілігін төмендететін тұтқынға алынған ауаны жою үшін үлгілер қатты қысылады. Алынған сигнал-шу арақатынасы шағылысулардың санына, сондай-ақ интенсивтілікті басаңдатып, оптикалық жарық жолының жалпы ұзындығына байланысты. Сондықтан, көбірек бейнелеулер жақсы сезімталдықты береді деген жалпы талап қойылмайды. ATR кристалдарының типтік материалдарына германий, KRS 5 және мырыш селениді жатады, ал кремний электромагниттік спектрдің алыс IR аймағында қолдануға қолайлы. Алмастың керемет механикалық қасиеттері оны АТР үшін, әсіресе өте қатты қатты заттарды зерттегенде, өте жақсы материалға айналдырады, бірақ 2600 мен 1900 см-1 аралығындағы кең алмасты фононды жолағы осы аймақта сигналдың шуға әсерін едәуір төмендетеді. Кристаллдың пішіні спектрометрдің түріне және үлгіге байланысты. Дисперсивті спектрометрлер арқылы кристалл көлденең қимамен көрініп тұрған, жиектері шамалы төртбұрышты тақташа болып табылады. Басқа геометриялар призмаларды, жарты шарларды немесе жұқа табақтарды қолданады.
Attenuated total reflection (ATR) is a sampling technique used in conjunction with infrared spectroscopy which enables samples to be examined directly in the solid or liquid state without further preparation. ATR uses a property of total internal reflection resulting in an evanescent wave. A beam of infrared light is passed through the ATR crystal in such a way that it reflects at least once off the internal surface in contact with the sample. This reflection forms the evanescent wave which extends into the sample. The penetration depth into the sample is typically between 0.5 and 2 micrometres, with the exact value determined by the wavelength of light, the angle of incidence and the indices of refraction for the ATR crystal and the medium being probed. The number of reflections may be varied by varying the angle of incidence. The beam is then collected by a detector as it exits the crystal. Most modern infrared spectrometers can be converted to characterise samples via ATR by mounting the ATR accessory in the spectrometer's sample compartment. The accessibility, rapid sample turnaround and ease of use of ATR with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) has led to substantial use by the scientific community. This evanescent effect only works if the crystal is made of an optical material with a higher refractive index than the sample being studied. Otherwise light is lost to the sample. In the case of a liquid sample, pouring a shallow amount over the surface of the crystal is sufficient. In the case of a solid sample, samples are firmly clamped to ensure good contact is made and to remove trapped air that would reduce signal intensity. The signal to noise ratio obtained depends on the number of reflections but also on the total length of the optical light path which dampens the intensity. Therefore, a general claim that more reflections give better sensitivity cannot be made. Typical materials for ATR crystals include germanium, KRS 5 and zinc selenide, while silicon is ideal for use in the Far IR region of the electromagnetic spectrum. The excellent mechanical properties of diamond make it an ideal material for ATR, particularly when studying very hard solids, although the broad diamond phonon band between 2600 and 1900 cm−1 significantly decreases signal to noise in this region. The shape of the crystal depends on the type of spectrometer and nature of the sample. With dispersive spectrometers, the crystal is a rectangular slab with chamfered edges, seen in cross section in the illustrations. Other geometries use prisms, half spheres, or thin sheets.
Қолданбалар
ATR арқылы инфрақызыл (IR) спектроскопиясы, тарату әдісімен бірдей химиялық немесе биологиялық жүйелерге қолданылады. ATR IR-дің тарату IR-ге қарағанда бір артықшылығы - бұл үлгіге кіретін жолдың шектеулі ұзындығы. Бұл сулы ерітінділер сияқты жоғары сіңіретін ортада инфракрас сигналды қатты әлсірету мәселесін болдырмайды. Ультрафиолет немесе көрінетін жарық (UV/Vis) үшін эвансентті жарық жолы жеткілікті қысқа, сондықтан үлгінің әсері толқын ұзындығымен төмендейді. Оптикалық тығыз үлгілер үшін бұл УФ-сәулемен өлшеуді қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, жарық жолы анықталмайтындықтан, бір бұрышты зондтар процестерді бақылау үшін қолданылады және жақын және орта инфрақызыл спектрде қолданылады. Жуырда ATR IR сулы ерітінділердің микрофлюидтік ағындарына ATR кристаллына арналған ашылуларға салынған инженерлік микрореакторлармен қолданылды, бұл микроканалдардағы ағынды сипаттау үшін кристалл беті арқылы немесе арнайы ағынды жасушаларда өтуіне мүмкіндік береді. ATR геометриясы мен пайда болған эвансцентті толқынның арқасында осы әдіспен жұқа пленкалар арқылы тасымалдау құбылыстарын және сорбция кинетикасын зерттеуге болады. Сынамаларды дайындықсыз пассивті сипаттау мүмкіндігі сот медицинасында іздік дәлелдемелерді зерттеуде ATR FTIR-ді қолдануға әкелді. ATR FTIR сонымен қатар фармакологиялық зерттеулерде ақуыздар мен дәрілік заттардың өзара әрекеттесуін егжей-тегжейлі зерттеу үшін құрал ретінде қолданылады. Суда еритін ақуыздарды зерттеу үшін полигистидиндік белгілер қажет, бұл макромолекуланың липидтік қос қабатына бекітуге мүмкіндік береді, ол германий кристалына немесе басқа да қолайлы оптикалық ортаға бекітіледі. Фармацевтикалық немесе лиганд қолданылған кезде және қолданылмаған кезде ішкі рефлексия белдіктердің байланысу кезіндегі конформациялық өзгерістерін зерттеу үшін айырмашылық спектрлерін береді.