紅外光譜是分析化合物結構的重要手段。常規的透射法使用壓片或涂膜進行測量,對某些特殊樣品( 如難溶、難熔、難粉碎等的試樣) 的測試存在困難。為克服其不足,20世紀60年代初出現了衰減全反射(Attenuated Total Refraction,ATR) 紅外附件,但由于受當時色散型紅外光譜儀性能的限制, 技術的應用研究領域比較局限。80年代初將ATR技術開始應用到傅里葉變換紅外光譜儀上,產生了傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀(Attenuated Total internal Reflectance Fourier Transform Infrared spectroscopy,簡稱ATR-FTIR).ATR的應用極大地簡化了一些特殊樣品的測試,使微區成分的分析變得方便而快捷,檢測靈敏度可達10-9g數量級,測量顯微區直徑達數微米[1,2]。ATR附件基于光內反射原理而設計。從光源發出的紅外光經過折射率大的晶體再投射到折射率小的試樣表面上,當入射角大于臨界角時,入射光線就會產生全反射。事實上紅外光并不是全部被反射回來,而是穿透到試樣表面內一定深度后再返回表面在該過程中,試樣在入射光頻率區域內有選擇吸收,反射光強度發生減弱,產生與透射吸收相類似圖,從而獲得樣品表層化學成份的結構信息[3,4]。
ATR-FTIR通過樣品表面的反射信號獲得樣品表層有機成分的結構信息,它具有以下特點[5]: (1 ) 制樣簡單,無破壞性,對樣品的大小、形狀、含水量沒有特殊要求; (2) 可以實現原位測試實時跟蹤; (3) 檢測靈敏度高,測量區域小,檢測點可為數微米; (4) 能得到測量位置處物質分子的結構信息某化合物或官能團空間分布的紅外光譜圖像微區的可見顯微圖象; (5) 能進行紅外光譜數據庫檢索以及化學官能團輔助分析,確定物資的種類和性質; (6) 在常規FTIR上配置ATR 附件即可實現測量,儀器價格相對低廉,操作簡便。
近年來,隨著計算機技術的發展,ATR實現了非均勻、表面凹凸、彎曲樣品的微區無損測定,可以獲得官能團和化合物在微分空間分布的紅外光譜圖像。
總之,ATR-FTIR 作為紅外光譜法的重要實驗方法之一,克服了傳統透射法測試的不足,簡化了樣品的制作和處理過程,極大地擴展了紅外光譜的應用范圍。它已成為分析物質表面結構的一種有力工具和手段,在多個領域得到了廣泛應用。