Введение
Метод взятия проб инфракрасной спектроскопии Атенуемый полный отражение (ATR) - это метод взятия проб, используемый в сочетании с инфракрасной спектроскопией, который позволяет анализировать образцы непосредственно в твердом или жидком состоянии без дальнейшей подготовки. ATR использует свойство полного внутреннего отражения, в результате чего возникает evanescent волна. Инфракрасный луч пропускается через кристалл ATR таким образом, чтобы он отражался как минимум один раз от внутренней поверхности при контакте с образцом. Это отражение образует evanescent волну, которая распространяется в образец. Глубина проникновения в образец обычно составляет от 0,5 до 2 микрометров, при этом точное значение определяется длиной волны света, углом падения и показателями преломления для кристалла ATR и исследуемой среды. Количество отражений может быть изменено в зависимости от угла падения. Затем луч собирается детектором, когда он выходит из кристалла. Большинство современных инфракрасных спектрометров могут быть преобразованы для характеристики образцов через ATR путем установки аксессуара ATR в отсеке для образцов спектрометра. Доступность, быстрая обработка образцов и простота использования ATR с инфракрасной спектроскопией преобразования Фурье (FTIR) привели к значительному использованию научным сообществом. Этот эффект эффект работает только в том случае, если кристалл изготовлен из оптического материала с более высоким показателем преломления, чем исследуемый образец. В противном случае, свет теряется в образце. В случае жидкого образца достаточно залить поверхность кристалла небольшим количеством. В случае с твердым образцом образцы прочно зажимаются, чтобы обеспечить хороший контакт и удалить захваченный воздух, который снизит интенсивность сигнала. Полученное соотношение сигнал/шум зависит от количества отражений, а также от общей длины оптического пути света, который ослабляет интенсивность. Поэтому нельзя сделать общее утверждение, что большее количество отражений дает лучшую чувствительность. Типичные материалы для кристаллов ATR включают германий, KRS 5 и селенид цинка, в то время как кремний идеально подходит для использования в дальнему ИК-области электромагнитного спектра. Отличные механические свойства алмаза делают его идеальным материалом для ATR, особенно при изучении очень твердых тел, хотя широкая диапазон фононов алмаза между 2600 и 1900 см-1 значительно снижает отношение сигнала к шуму в этой области. Форма кристалла зависит от типа спектрометра и характера образца. С помощью дисперсивных спектрометров кристалл представляет собой прямоугольную плитку с расщепленными краями, видимую поперечным сечением на иллюстрациях. Другие геометрии используют призмы, полусферы или тонкие листы.
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.
Приложения
Инфракрасная (ИК) спектроскопия с помощью ATR применима к тем же химическим или биологическим системам, что и метод передачи. Одним из преимуществ ATR IR над передаточным IR является ограниченная длина пути в образец. Это позволяет избежать проблемы сильного ослабления инфракрасного сигнала в сильно поглощающих средах, таких как водные растворы. Для ультрафиолетового или видимого света (UV/Vis) путь исчезающего света достаточно короткий, так что взаимодействие с образцом уменьшается с длиной волны. Для образцов с оптической плотностью это может позволить проводить измерения с использованием ультрафиолетовых лучей. Кроме того, поскольку не требуется устанавливать световой путь, для мониторинга процесса используются одноствольные зонды, которые применимы как в ближнем, так и в среднем инфракрасном спектре. Недавно ATR IR применяется к микрофлюидным потокам водных растворов в инженерных микрореакторах с встроенными в них отверстиями для кристалла ATR, позволяя потоку в микроканалах проходить через поверхность кристалла для характеристики или в специальных потоковых ячейках. Благодаря геометрии ATR и возникающей evanescent волне, возможно с помощью этой техники изучать транспортные явления и кинетику сорбции через тонкие пленки. Способность пассивно характеризовать образцы без подготовки образца также привела к использованию ATR FTIR в изучении следовых доказательств в судебной медицине. ATR FTIR также используется в качестве инструмента в фармакологических исследованиях для детального изучения взаимодействий белка и лекарственных средств. Для исследования водорастворимых белков требуются полигистидиновые метки, позволяющие макромолекуле прикреплять к липидному бипласту, который прикреплен к кристаллу германия или другой подходящей оптической среде. Внутреннее отражение с применением или без применения фармацевтического средства или лиганда будет производить различные спектры для изучения конформационных изменений белков при связывании.