衰减全反射ART培训课件

1、衰减全反射（ATR）Attenuated Total ReflectanceTheory and Applications衰减全反射ART第1页衰减全反射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.衰减全

2、反射ART第2页Basic Theory (I) ATR光谱 是利用红外光穿过高折射率棱镜时产生特征得到：当红外光入射角大于棱镜临界角时，入射光在棱镜表面全部反射，同时在棱镜反射面上方形成一个衰减反射波PrismPrism衰减反射波衰减全反射ART第3页Basic Theory (II) 衰减反射波被样品吸收，即可得到样品吸收光谱。SamplePrism衰减反射波衰减全反射ART第4页Basic Theory (III)水平屡次衰减全反射 (HATR) - 示意图SAMPLECRYSTALMIRRORSFROM SOURCETO DETECTOR衰减全反射ART第5页Basic Theory

3、(IV)ATR 试验应考虑原因反射次数有效光程样品表面晶体材料折射率临界角入射角穿透深度衰减全反射ART第6页折射率 折射率光线在真空中速度与在介质中速度之比 。ATR晶体折射率影响着红外光入射角和穿透深度衰减全反射ART第7页临界角(I) 临界角是晶体和样品折射率函数，它决定了晶体入射角范围。因为ATR工作时其入射角一定要大于临界角。衰减全反射ART第8页临界角 (II)临界角： c = sin-1 (ns/nc)这里: nc = 晶体折射率ns = 样品折射率衰减全反射ART第9页入射角 入射角是指红外光进入ATR晶体时角度。它必须大于造成红外光在晶体内部反射临界角（高折射率晶体都有较大临

4、界角）它影响反射次数和红外光吸收率它影响穿透深度衰减全反射ART第10页穿透深度(I) 穿透深度是指入射光从晶体表面进入到样品内部距离。它与红外光入射角、晶体折射率相关。衰减全反射ART第11页穿透深度(II) 穿透深度还与入射光波长相关（随波长增加而增加），它造成在低波数段光谱图吸收强度增加。这个失真能够经过 FTIR 软件中提供 ATR矫正函数来消除。衰减全反射ART第12页穿透深度(III)穿透深度:Dp = /2 ncsin2 - (ns/nc)21/2这里: = 波长 nc = 晶体折射率ns = 样品折射率= 入射角衰减全反射ART第13页穿透深度 (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衰减全反射ART第14页反射次数 (I) 反射次数决定了测量光谱灵敏度，反射次数越多灵敏度越高。它与入射角、晶体长度、晶体厚度相关。衰减全反射ART第15页反射次数 (II)反射次数:N = l cot /2t这里: 入射角 l = 晶体长度 t = 晶体厚度衰减全反射ART第16页有效光程有效光程:P = N x Dp 这里: N反射次数 Dp = 穿透深度衰减全反射ART第17页样品表面要求 因为入射光伴随样品距晶

6、体表面距离增加而快速衰减；所以为了得到高质量谱图，要求样品表面较平整且压紧在晶体表面。衰减全反射ART第18页晶体材料选择晶体材料时应考虑原因：折射率 化学稳定性 (pH, reactivity, etc.)光谱范围机械强度衰减全反射ART第19页Attenuated Total Reflectance晶体材料KRS-5 （铊混合物 Thallium Iodide/Bromide) 宽谱区: 20,000 - 400 cm-1 受酸性和 烷烃类物质影响 材质较软 受混合介质影响 有毒衰减全反射ART第20页晶体材料ZnSe (Zinc Selenide) 光谱范围: 20,000 - 650

7、cm-1 受强酸和烷烃类物质影响 受混合介质影响 吸收磁性、放射性离子Attenuated Total Reflectance衰减全反射ART第21页晶体材料AMTIR (Selenium, Germanium and Arsenic Glass) 光谱范围: 11,000 - 650 cm-1 能够测量酸性样品 受强烷烃影响 受强氧化剂影响Attenuated Total Reflectance衰减全反射ART第22页晶体材料Ge (Germanium) 光谱范围: 5,500 - 830 cm-1 与强酸发生反应 与强烷烃发生反应Attenuated Total Reflectance衰减

8、全反射ART第23页晶体材料Si (Silicon) 光谱范围: 8,300 - 1500 cm-1 受强酸影响 溶解于强烷烃Attenuated Total Reflectance衰减全反射ART第24页应用领域非破坏性样品 固体、粉末状、液体样品深颜色样品无法经过制样伎俩进行透射样品多层复合材料表层分析 衰减全反射ART第25页PIKE ATR 附件垂直屡次反射 ATR (VATR) versatile adjustable angle of incidence large crystal area analysis of solids films and coatings衰减全反射ART

9、第26页水平屡次反射ATR (HATR) high energy throughput pre-aligned optics large crystal area unique crystal mount analysis of liquids, pastes, solids, films, and coatingsPIKE ATR 附件衰减全反射ART第27页MIRacleTM 单次反射HATRvery high throughputeasy sampling (2 mm crystal diameter)dual liquids/solids configurationall types

10、of samplesPIKE ATR 附件衰减全反射ART第28页ATRPlus (HATR) out of compartment configuration sealed and purgeable high throughput analysis of liquids, pastes, solids, films, and coatingsPIKE ATR 附件衰减全反射ART第29页 ATRMax 可变角HATR variable angle of incidence sealed and purgeable high throughput depth profiling resear

11、ch applicationsPIKE ATR 附件衰减全反射ART第30页Product-Specific Horizontal ATRs optimized to match the bench optical architecture sealed and purgeable better throughputPIKE ATR 附件衰减全反射ART第31页Pharm. container: material verification, freedom from mold release agent应用刚性聚合物样品HATR flat 45 ZnSe crystal32 scans, 8

12、cm-1 resolution衰减全反射ART第32页a: liquid detergent, formulation P :b: liquid detergent, formulation I : alcohol diluent + dispersantba清洁剂对比 HATR trough, 45 ZnSe crystal64 scans, 4 cm-1 resolution应用衰减全反射ART第33页a: single paint chip, front surfaceb: rear surfaceab应用油漆判定Variable Angle ATRMax45 ZnSe crystal6

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

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

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