博精分享：红外光谱仪搭配各类晶体材质ATR附件如何选？

衰减全反射（ATR）光谱技术目前已经是一种应用非常广泛的技术，也成为红外测试中常使用的一种测试手段。ATR-FTIR 作为红外光谱法的重要实验方法之一，克服了传统透射法测试的不足，简化了样品的制作和处理过程，极大地扩展了红外光谱的应用范围。它已成为分析物质表面结构的一种有力工具和手段，在多个领域得到了广泛应用。但ATR附件种类和材料都有较多的选择并各有优缺点，如何选择合适的ATR附件呢？红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。此外，红外光谱还具有测试迅速，操作方便，重复性好，灵敏度高，试样用量少，仪器结构简单等特点，因此，它已成为现代结构化学和分析化学常用和*工具。

什么是ATR？

衰减全反射（ATR）常用于测试块体、薄膜、液体等。比如塑料、橡胶、有机溶液等。当一束红外光以某一入射角从一种光学介质进入另外一种光学介质时，若是从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角（临界角为折射角等于90°时的入射角）时，此时红外光就会在晶体内发生全反射。衰减全反射不需要采集透过样品的信号，而是通过样品表面的反射信号而获得样品表层成分的光谱信息。

ATR附件有单次反射ATR、水平ATR、可变角ATR，日常使用的多是单次反射ATR。使用ATR附件测试时需要先采集空气作为背景，在采集样品光谱时仪器会扣除空气背景。

如何选择ATR晶体的材料？

大多数有机物的折射率都低于1.5，根据n1＞n2的要求，要获得衰减全反射光谱需要样品的折射率大于1.5的红外透过晶体，常用的 ATR 晶体材料有：金刚石、ZnSe（硒化锌）、锗( Ge)、氯化银( AgCl)、溴化银( AgBr)、硅( Si)，尤以金刚石应用最多。晶体的几何尺寸受到全反射次数和光谱仪光源光斑大小的影响。

ZnSe是一种价格相对低廉的ATR晶体材料，常用于分析液体以及凝胶类材料。其缺点是在pH5-9时并不稳定，而且在清洁时较易产生划痕。相较于ZnSe，Ge所适用的pH范围较为宽泛，且可用于分析弱酸和弱碱。在所有的晶体材料中，Ge的折射率高，因此它的穿透深度可达1µm（在1000cm-1处约为1.9µm，ZnSe晶体则约为6µm），吸收光谱强度较弱，适合于测定强吸收和折射率高的样品，如填充炭黑的聚合物。Ge晶体测量的光谱区间较窄，低频只能测到800cm-1左右。

由于金刚石具有较好的坚固性和耐磨性，因而被称为*佳的ATR晶体。尽管制造成本较高，但材质坚硬可极大延长仪器的使用寿命，这一点是其它材料不可比拟的。金刚石晶体在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。该附件相较于锗晶体ATR附件更耐压，样品与晶体接触更紧密，入射深度更深，更易得到较好的红外光谱图。

ATR测样条件

测定固体样品时，要求样品表面光滑，能与全反射晶体的反射面紧密接触。因此多孔样品及表面粗糙的样品不适用于此方法。测量时将样品放在全反射晶体的反射面上进行测定。如果吸收峰太强，可采用单面放入样品或调节入射角的方法来解决。

对于一些能涂在全反射晶体反射面上的液体，可用一般测量固体样品的ATR 附件，直接把液体涂在晶体反射面上进行测定。但对于低沸点液体，或不能在全反射晶体的反射面上形成液层的高沸点液体，必须使用带液体池的ATR 附件。应用ATR进行液体的测定，其穿透深度容易控制，与透射法相比，更容易得到不产生饱和吸收的光谱图。

 测试时要注意样品与内反射晶体之间不会由于接触而产生某种反应，或者其它影响测量精度的因素，即要注意测试样品和反射晶体之间的匹配。对样品的大小、形状、状态、含水量没有特殊要求，属于样品表面无损测量。

ATR特点

ATR通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成分的结构信息，它具有以下特点:

ATR 属于红外光谱范畴，具有一般常规FTIR 的大部分特点。同样它也存在其他红外光谱的一些不足，主要表现在: 定量分析不够好，不适用于痕量组分的分析; 是一种间接分析技术，方法所用的校正模型依赖于标准方法建立的样品数据库的精确度和适用性。仪器学家们正在寻求解决这些问题的方法，如采用对相关检测器使用锁定放大器的办法提高仪器信噪比，意图降低水及一些干扰组分的近红外光谱吸收对样品信号的干扰，从而大大降低检测误差。

（1）制样简单，几乎无需进行样品制备，无破坏性，对样品的大小、形状、含水量没有特殊要求，将样品置于晶体上，即可收集数据；

（2）清洗快速、便捷，只需移除样品，清洁晶体表面

（3）可以对自然状态下的样品进行分析，无需加热，按压成球状或者磨碎便可收集光谱

（4）在厚样品或强吸收样品分析方面表现出色——非常适用于诸如黑色橡胶等难分析样品

（5）检测灵敏度高，测量区域小;

（6）在常规红外光谱仪上配置 ATR 附件即可实现测量，操作简便。