紅外光譜對樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測。此外，紅外光譜還具有測試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。

衰減全反射（ATR）光譜技術(shù)目前已經(jīng)是一種應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，也成為紅外測試中常使用的一種測試手段。但ATR附件種類和材料都有較多的選擇并各有優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇合適的ATR附件呢？

什么是紅外光譜？

樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉(zhuǎn)動引起偶極矩的變化，使振-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，透過率T%對波數(shù)或波長的曲線，即為紅外光譜。

什么是ATR？

衰減全反射（ATR）常用于測試塊體、薄膜、液體等。比如塑料、橡膠、有機(jī)溶液等。當(dāng)一束紅外光以某一入射角從一種光學(xué)介質(zhì)進(jìn)入另外一種光學(xué)介質(zhì)時(shí)，若是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角（臨界角為折射角等于90°時(shí)的入射角）時(shí)，此時(shí)紅外光就會在晶體內(nèi)發(fā)生全反射。衰減全反射不需要采集透過樣品的信號，而是通過樣品表面的反射信號而獲得樣品表層成分的光譜信息。

ATR附件有單次反射ATR、水平ATR、可變角ATR，日常使用的多是單次反射ATR。使用ATR附件測試時(shí)需要先采集空氣作為背景，在采集樣品光譜時(shí)儀器會扣除空氣背景。

如何選擇ATR晶體的材料？

大多數(shù)有機(jī)物的折射率都低于1.5，根據(jù)n1＞n2的要求，要獲得衰減全反射光譜需要樣品的折射率大于1.5的紅外透過晶體，常用的 ATR 晶體材料有：金剛石、ZnSe（硒化鋅）、鍺( Ge)、氯化銀( AgCl)、溴化銀( AgBr)、硅( Si)，尤以金剛石應(yīng)用最多。晶體的幾何尺寸受到全反射次數(shù)和光譜儀光源光斑大小的影響。

ZnSe是一種價(jià)格相對低廉的ATR晶體材料，常用于分析液體以及凝膠類材料。其缺點(diǎn)是在pH5-9時(shí)并不穩(wěn)定，而且在清潔時(shí)較易產(chǎn)生劃痕。

相較于ZnSe，Ge所適用的pH范圍較為寬泛，且可用于分析弱酸和弱堿。在所有的晶體材料中，Ge的折射率最高，因此它的穿透深度可達(dá)1μm（在1000cm-1處約為1.9μm，ZnSe晶體則約為6μm），吸收光譜強(qiáng)度較弱，適合于測定強(qiáng)吸收和折射率高的樣品，如填充炭黑的聚合物。Ge晶體測量的光譜區(qū)間較窄，低頻只能測到800cm^-1左右。

由于金剛石具有較好的堅(jiān)固性和耐磨性，因而被稱為最佳的ATR晶體。盡管制造成本較高，但材質(zhì)堅(jiān)硬可極大延長儀器的使用壽命，這一點(diǎn)是其它材料不可比擬的。金剛石晶體在1800-2700cm^-1范圍內(nèi)有吸收，在測定腈類（特征吸收在2200cm^-1附近）等物質(zhì)時(shí)應(yīng)避免使用。該附件相較于鍺晶體ATR附件更耐壓，樣品與晶體接觸更緊密，入射深度更深，更易得到較好的紅外光譜圖。

ATR測樣條件

測定固體樣品時(shí)，要求樣品表面光滑，能與全反射晶體的反射面緊密接觸。因此多孔樣品及表面粗糙的樣品不適用于此方法。測量時(shí)將樣品放在全反射晶體的反射面上進(jìn)行測定。如果吸收峰太強(qiáng)，可采用單面放入樣品或調(diào)節(jié)入射角的方法來解決。

對于一些能涂在全反射晶體反射面上的液體，可用一般測量固體樣品的ATR 附件，直接把液體涂在晶體反射面上進(jìn)行測定。但對于低沸點(diǎn)液體，或不能在全反射晶體的反射面上形成液層的高沸點(diǎn)液體，必須使用帶液體池的ATR 附件。應(yīng)用ATR進(jìn)行液體的測定，其穿透深度容易控制，與透射法相比，更容易得到不產(chǎn)生飽和吸收的光譜圖。

測試時(shí)要注意樣品與內(nèi)反射晶體之間不會由于接觸而產(chǎn)生某種反應(yīng)，或者其它影響測量精度的因素，即要注意測試樣品和反射晶體之間的匹配。對樣品的大小、形狀、狀態(tài)、含水量沒有特殊要求，屬于樣品表面無損測量。

ATR特點(diǎn)

ATR通過樣品表面的反射信號獲得樣品表層有機(jī)成分的結(jié)構(gòu)信息，它具有以下特點(diǎn):

（1）制樣簡單，幾乎無需進(jìn)行樣品制備，無破壞性，對樣品的大小、形狀、含水量沒有特殊要求，將樣品置于晶體上，即可收集數(shù)據(jù)；

（2）清洗快速、便捷，只需移除樣品，清潔晶體表面

（3）可以對自然狀態(tài)下的樣品進(jìn)行分析，無需加熱，按壓成球狀或者磨碎便可收集光譜

（4）在厚樣品或強(qiáng)吸收樣品分析方面表現(xiàn)出色——非常適用于諸如黑色橡膠等難分析樣品

（5）檢測靈敏度高，測量區(qū)域小;

（6）在常規(guī)紅外光譜儀上配置 ATR 附件即可實(shí)現(xiàn)測量，操作簡便。