红外附件ATR之介绍篇

ATR（ attenuated total reflectance衰减全反射）是红外检测最常用的附件之一，它具有测样简单、使用方便等特点，在测试过程中几乎不需要对样品进行任何前处理，在化工材料如纤维、塑料、涂料、橡胶、黏合剂等物质的分析场合有着广泛的应用，将对ATR原理、种类、晶体、安装、制样、维护以及样品后处理方面进行详细的介绍，让大家用好ATR。

ATR工作原理

将红外光聚焦到ATR晶体表面，再入射到样品，由于ATR晶体的折射率大于样品的折射率，且入射角大于临界角，在样品-晶体界面发生全反射的同时红外光穿透样品表面还能够返回晶体。若样品有红外吸收，则返回晶体的红外光会有相应的衰减，故称为衰减全反射。

图示：ATR原理图

注：红外光进入样品表面并返回，因此ATR测定的是样品表面的红外特征图谱，同时如果样品和晶体没有紧密贴合，则测不到样品的红外特征图谱。

ATR分类

ATR附件种类较多，常见有水平ATR（HATR）、单次反射ATR和可变角ATR等。下面以使用较多的水平ATR和单次反射ATR为例进行详细介绍。

 

01水平ATR

图示：水平ATR

水平ATR是指ATR晶体材料是水平放置，晶体呈长方形，晶体一般是硒化锌或锗，红外光在晶体内可进行多次反射，信号会叠加增强。

水平ATR晶体常见为槽形和平板形两种晶体。槽形晶体常用于液体、粉末或胶状样品的测定。槽形晶体一般通常会配一个盖子，在测定挥发性液体时，盖上盖子以防止溶剂挥发。

平板形晶体常用于薄膜样品测定，晶体上方通常配备有压力装置，薄膜样品放置于晶体上面，用压力装置加压，使样品与晶体之间均匀紧密接触。对于柔软的及易变形的材料来说较易实现，但不适合粉末样品、块状样品、纤维、硬的聚合物膜、金属表面的薄膜、微量液体等样品。这类样品需要选择另一类ATR:单次反射ATR。

02单次反射ATR

单次反射ATR晶体很小，样品与晶体的接触面积也很小，也是因为晶体面积小，通过施加较小压力，即可使样品与晶体紧密接触。虽然红外光在ATR晶体内只有一次有效反射，但仍然能得到高质量的光谱。

图示：单次反射ATR

ATR晶体

ATR晶体有多种材质，常见有金刚石、ZnSe（硒化锌）、锗( Ge)、KRS-5等，那么我们该如何选择合适的晶体来进行样品分析呢？请看下面介绍。

 

01金刚石晶体

一提到金刚石，自然是高大上的代名词。确实金刚石晶体测试的波长范围最广，耐磨耐压不易损坏，使用寿命长，简直是晶体中的男神。当然男神也有缺点，金刚石晶体除了贵之外在1800-2700cm-1范围内有吸收，在测定腈类（特征吸收在2200cm-1附近）等物质时应避免使用。

02ZnSe晶体

是一种淡黄色硒锌合金，硬度不如金刚石和锗，测定范围比锗强，但是不如金刚石，各项指标表现一般，但是好在大部分场合都能使用，居家过日子嘛，讲究经济实惠，是绝大部分ATR的标配晶体。常用于分析液体以及材质较柔软的样品。不耐酸、碱，不可测试坚硬的样品，晶体易碎、易产生划痕。

03Ge晶体

银白色不透明晶体。优点是pH范围较为宽泛，且可用于分析弱酸和弱碱性样品。硬度也很好，不易磨损。但是缺点也很明显，在所有的晶体材料中，测定波长范围最窄，同时Ge的折射率最高，因此它的穿透深度浅，测定样品的信号要弱一些，适合于测定强吸收和折射率高的样品，如黑橡胶。

常用ATR晶体材质特性表

相信通过以上的介绍，大家对于ATR已经有了初步的了解，那么ATR如何正确使用，敬请关注下期内容：红外附件ATR之使用篇。

 

作者: 
分析计测技术部
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