傅立叶衰减全反射红外分析技术.pptx

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衰减全反射技术(attenuated total reflectance,AIR)
衰减全反射技术与传统红外分析的比较[1]
与常规的显微红外技术相比无需制样,无需破坏样品,直接对单丝、布料、成衣进行鉴定,以往需花几十分钟的检验,可在几秒钟内完成,大大提高了检验速度;操作方便。实验结果表明,该方法操作方便、测量灵敏度高,可得到高质量的红外谱图。
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图谱比较
图1对ATR法所摄谱图与KBr压片法制备的Silk 标准谱图进行比较。
通过上述比较可以发现,ATR法得到的谱图质量较高,完全可以满足样品分析的需要。该方法节约了制样时间,从而大大加快了样品分析的速度。
KBr
制片法
ATR
法
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[2]
Sinθi / sinθt= n2/n1
由上式可推出折射角
θt=arcsin〔n1 Sinθi / n2 )
当n1>n2时,则有θt >θi,即光由光密介质进入光疏介质时,折射角将大于入射角。
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[2]
此图给出了反射率和入射角的关系。
图中反射率RL表示入射光为偏振光(电矢量垂直于入射面)时反射率。由图看出,当n1>n2时,随着入射角i由零开始逐渐增大,反射率(I r/I 0)起初变化缓慢,数值也很小,这时折射光占主导地位(I r +I t ≈ I 0)。i到一定角度时,RL迅速增加并很快上升到1,这时折射光将不再出现,I r=Io,即光束I 0全部被反射。我们称此种现象为全反射,发生全反射时的人射角称为临界角。用ic表示。
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发生全反射现象须具备下述两个条件:
①介质l折射率要大于介质2的折射率,即只有光从光密介质进入光疏介质时才可能产生全反射。上图中B线情形不满足该条件故不能产生全反射。
②入射角要人于临界角。
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全反射现象不完全是在两种介质的界面上进行的,部分光束要进入到介质2射回来。透入介质2的光束,其强度随透入深度的增加按指数规律衰减。
在ATR测量技术中,,使透入样品的光束在发生吸收的波长处减弱,这也就是称为衰减全反射的原因。
[2]
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ATR晶体材料
,因此根据发生全反射条件(n1>n2)要求,。表1—1给出常用ATR晶体材料的折射率和谱学测量范围。
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ATR光路设置
全反射次数N与晶体材料长度 l 和厚度即两个反射面间的距离d及入射角 I 有如下关系式
N=(l / d) cos I
全反射附件中使用的ATR晶体的长度[和面间距d是固定的,而入射角i可在一定范围内变化。由上式可知,减少入射角能够增加全反射次数,使光束与样品作用次数增加,也就加大了光程,因此可以提高信号测试强度。通常使用的KRS-5ATR晶体,入射角由30-60°。连续可调,全反射次数约14—43次。
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入射角,波长,折射率与透射深度的关系
光线透射到样品内的深度可用透射深度dP来表示,它定义为光的电场强度下降到表面值的e-1时光所穿透的距离。光的透射深度是波长的函数,即:
式中, 是光线的入射角,1是光在内反射晶体内的波长,n1和n2分别是内反射晶体和样品的折射率,根据选用内反射晶体的材料和不同的入射角,透射深度可在几百纳米到几微米之间变化。
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入射角,波长,折射率与透射深度的关系
1、穿透深度d与λ成正比。不同波长的IE光透入样品层的深度不同,在长波时穿透深度大,因此,ATR谱在不同波数区间灵敏度也不相同.
2、入射角越小,穿透深度越大,当入射角趋向临界角时,穿透深度将趋向无穷。
3、另一与穿透深度有关的因素是ATR晶体反射面与样品的接触效率。尽可能使样品与ATR板的反射面严密接触,提高接触效率,是获得高质量ATR谱的重要条件。