衰減全反射ART培訓課件

1、衰減全反射（ATR）Attenuated Total ReflectanceTheory and Applications衰減全反射ART第1頁衰減全反射ATR is one of the most versatile sampling techniques available in infrared spectroscopy. It replaces salt plates and liquid transmission cells. It can be used for analysis of liquids, pastes, powders and selected solids.衰減全

2、反射ART第2頁Basic Theory (I) ATR光譜 是利用紅外光穿過高折射率棱鏡時產生特征得到：當紅外光入射角大于棱鏡臨界角時，入射光在棱鏡表面全部反射，同時在棱鏡反射面上方形成一個衰減反射波PrismPrism衰減反射波衰減全反射ART第3頁Basic Theory (II) 衰減反射波被樣品吸收，即可得到樣品吸收光譜。SamplePrism衰減反射波衰減全反射ART第4頁Basic Theory (III)水平屢次衰減全反射 (HATR) - 示意圖SAMPLECRYSTALMIRRORSFROM SOURCETO DETECTOR衰減全反射ART第5頁Basic Theory

3、(IV)ATR 試驗應考慮原因反射次數有效光程樣品表面晶體材料折射率臨界角入射角穿透深度衰減全反射ART第6頁折射率 折射率光線在真空中速度與在介質中速度之比 。ATR晶體折射率影響著紅外光入射角和穿透深度衰減全反射ART第7頁臨界角(I) 臨界角是晶體和樣品折射率函數，它決定了晶體入射角范圍。因為ATR工作時其入射角一定要大于臨界角。衰減全反射ART第8頁臨界角 (II)臨界角： c = sin-1 (ns/nc)這里: nc = 晶體折射率ns = 樣品折射率衰減全反射ART第9頁入射角 入射角是指紅外光進入ATR晶體時角度。它必須大于造成紅外光在晶體內部反射臨界角（高折射率晶體都有較大臨

4、界角）它影響反射次數和紅外光吸收率它影響穿透深度衰減全反射ART第10頁穿透深度(I) 穿透深度是指入射光從晶體表面進入到樣品內部距離。它與紅外光入射角、晶體折射率相關。衰減全反射ART第11頁穿透深度(II) 穿透深度還與入射光波長相關（隨波長增加而增加），它造成在低波數段光譜圖吸收強度增加。這個失真能夠經過 FTIR 軟件中提供 ATR矯正函數來消除。衰減全反射ART第12頁穿透深度(III)穿透深度:Dp = /2 ncsin2 - (ns/nc)21/2這里: = 波長 nc = 晶體折射率ns = 樣品折射率= 入射角衰減全反射ART第13頁穿透深度 (IV)穿透深度表: (micr

5、ons)Depth of penetration (microns) for a sample with refractive index of 1.4 at 1000 cm-1衰減全反射ART第14頁反射次數 (I) 反射次數決定了測量光譜靈敏度，反射次數越多靈敏度越高。它與入射角、晶體長度、晶體厚度相關。衰減全反射ART第15頁反射次數 (II)反射次數:N = l cot /2t這里: 入射角 l = 晶體長度 t = 晶體厚度衰減全反射ART第16頁有效光程有效光程:P = N x Dp 這里: N反射次數 Dp = 穿透深度衰減全反射ART第17頁樣品表面要求 因為入射光伴隨樣品距晶

6、體表面距離增加而快速衰減；所以為了得到高質量譜圖，要求樣品表面較平整且壓緊在晶體表面。衰減全反射ART第18頁晶體材料選擇晶體材料時應考慮原因：折射率 化學穩(wěn)定性 (pH, reactivity, etc.)光譜范圍機械強度衰減全反射ART第19頁Attenuated Total Reflectance晶體材料KRS-5 （鉈混合物 Thallium Iodide/Bromide) 寬譜區(qū): 20,000 - 400 cm-1 受酸性和 烷烴類物質影響 材質較軟 受混合介質影響 有毒衰減全反射ART第20頁晶體材料ZnSe (Zinc Selenide) 光譜范圍: 20,000 - 650

7、cm-1 受強酸和烷烴類物質影響 受混合介質影響 吸收磁性、放射性離子Attenuated Total Reflectance衰減全反射ART第21頁晶體材料AMTIR (Selenium, Germanium and Arsenic Glass) 光譜范圍: 11,000 - 650 cm-1 能夠測量酸性樣品 受強烷烴影響 受強氧化劑影響Attenuated Total Reflectance衰減全反射ART第22頁晶體材料Ge (Germanium) 光譜范圍: 5,500 - 830 cm-1 與強酸發(fā)生反應 與強烷烴發(fā)生反應Attenuated Total Reflectance衰減

8、全反射ART第23頁晶體材料Si (Silicon) 光譜范圍: 8,300 - 1500 cm-1 受強酸影響 溶解于強烷烴Attenuated Total Reflectance衰減全反射ART第24頁應用領域非破壞性樣品 固體、粉末狀、液體樣品深顏色樣品無法經過制樣伎倆進行透射樣品多層復合材料表層分析 衰減全反射ART第25頁PIKE ATR 附件垂直屢次反射 ATR (VATR) versatile adjustable angle of incidence large crystal area analysis of solids films and coatings衰減全反射ART

9、第26頁水平屢次反射ATR (HATR) high energy throughput pre-aligned optics large crystal area unique crystal mount analysis of liquids, pastes, solids, films, and coatingsPIKE ATR 附件衰減全反射ART第27頁MIRacleTM 單次反射HATRvery high throughputeasy sampling (2 mm crystal diameter)dual liquids/solids configurationall types

10、of samplesPIKE ATR 附件衰減全反射ART第28頁ATRPlus (HATR) out of compartment configuration sealed and purgeable high throughput analysis of liquids, pastes, solids, films, and coatingsPIKE ATR 附件衰減全反射ART第29頁 ATRMax 可變角HATR variable angle of incidence sealed and purgeable high throughput depth profiling resear

11、ch applicationsPIKE ATR 附件衰減全反射ART第30頁Product-Specific Horizontal ATRs optimized to match the bench optical architecture sealed and purgeable better throughputPIKE ATR 附件衰減全反射ART第31頁Pharm. container: material verification, freedom from mold release agent應用剛性聚合物樣品HATR flat 45 ZnSe crystal32 scans, 8

12、cm-1 resolution衰減全反射ART第32頁a: liquid detergent, formulation P :b: liquid detergent, formulation I : alcohol diluent + dispersantba清潔劑對比 HATR trough, 45 ZnSe crystal64 scans, 4 cm-1 resolution應用衰減全反射ART第33頁a: single paint chip, front surfaceb: rear surfaceab應用油漆判定Variable Angle ATRMax45 ZnSe crystal6

13、4 scans, 4 cm-1 resolution衰減全反射ART第34頁a: reference paint sample b: single paint chip, front surfaceab應用油漆判定Variable Angle ATRMax45 ZnSe crystal64 scans, 4 cm-1 resolution衰減全反射ART第35頁aba: primer referenceb: single paint chip, rear surface應用油漆判定Variable Angle ATRMax45 ZnSe crystal64 scans, 4 cm-1 reso

14、lution衰減全反射ART第36頁45 ZnSe crystal, incident angle a: 45 b: 30 c: 28 d: 25abcd應用Ortho-xyleneATRMax45 ZnSe crystal(Selection of optimum angle of analysis)64 scans, 4 cm-1 resolution衰減全反射ART第37頁45 ZnSe crystal, incident angle b: 30 c: 28 d: 25note decrease in intensity critical anglebcd應用Ortho-xyleneAT

15、RMax45 ZnSe crystal(Selection of optimum angle of analysis)64 scans, 4 cm-1 resolution衰減全反射ART第38頁determination of SiO2 layer thickness 1225cm -1 precisely controlled clamping pressurewafer#1 0.0059應用Silicon WaferStudies, ATRMax, VATR and Q-clamp60 Ge crystal256 scans, 8 cm-1 resolution衰減全反射ART第39頁ConclusionNew FTIR sa