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用于快速高效红外光谱的ATR棱镜 - 筱晓光子

发布时间:2022-02-28      点击次数:143

ATR顾名思义是“衰减全反射”的缩写,它是红外光谱中使用的一种技术 。与常规红外分析技术相比,ATR无需制样,无需破坏样品,能够快速检测分析微量样品,可得到高质量的红外谱图,是目前应用广泛的采样技术。而这款由Crystran制造的ATR平板显得格外出众,他们通常采用ZnSe,锗,硅和KRS5制作ATR棱镜,棱镜角度为22.5°,30°,45°和60°,以适应各种几何形状,波长范围和反射条件。

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二、技术参数

 

 

波长范围

0.6-21μm

折射率

2.4028@10.6μm

反射损失

29.1%@10.6μm(2个表面)

吸收系数

0.0005 cm-1 @10.6 μm

剩余辐射峰

45.7μm

dn/dμ=0

5.5μm

密度

5.27 g/cc

熔点

1525°C

导热系数

18 W m-1 K-1 at 298K

泊松比

0.28

分子量

144.33

 

 

 

 硒化锌在红外波段的光谱传输曲线 

 

 

 

 

 硒化锌在可见光波段的光谱传输曲线 

 

 

No = Ordinary Ray
µm No µm No µm No
0.54 2.6754 0.58 2.6312 0.62 2.5994
0.66 2.5755 0.7 2.5568 0.74 2.5418
0.78 2.5295 0.82 2.5193 0.86 2.5107
0.90 2.5034 0.94 2.4971 0.98 2.4916
1.0 2.4892 1.4 2.4609 1.8 2.4496
2.2 2.4437 2.6 2.4401 3.0 2.4376
3.4 2.4356 3.8 2.4339 4.2 2.4324
4.6 2.4309 5.0 2.4295 5.4 2.4281
5.8 2.4266 6.2 2.4251 6.6 2.4235
7.0 2.4218 7.4 2.4201 7.8 2.4183
8.2 2.4163 8.6 2.4143 9.0 2.4122
9.4 2.4100 9.8 2.4077 10.2 2.4053
10.6 2.4028 11.0 2.4001 11.4 2.3974
11.8 2.3945 12.2 2.3915 12.6 2.3883
13.0 2.3850 13.4 2.3816 13.8 2.3781
14.2 2.3744 14.6 2.3705 15.0 2.3665
15.4 2.3623 15.8 2.3579 16.2 2.3534
16.6 2.3487 17.0 2.3438 17.4 2.3387
17.8 2.3333 18.2 2.3278    

 硒化锌晶体的折射率 

 

 

 


三、工作原理

 

 

 

全反射(TIR)是一种众知的现象,主要发生在光线大于临界角由高折射率介质入射到低折射率介质时。尽管我们常常认为这种反射完全无损,或*有效,但实际上光波在第二种介质中以很小的距离倏逝地穿透,这是一个与(a)折射率差异,(b)光束偏振和(c)入射角(尽管大于临界角)这三个物理量有关的函数。这种现象就提供了通过寻找指示已知痕量化合物的特定吸收峰来对第二介质的性质进行光谱表征的机会:光源发出的光并不是全部被反射回来,而是经过穿透到试样表面一定深度后再返回到表面,在这个过程中试样在入射光频率内产生选择性吸收,反射光在该频段的强度发生响应的衰减,从而产生红外吸收图谱,对样品进行定性定量分析。

如图所示,当像硒化锌这样的高折射率材料被制作成一个扩展的平面棱镜时,测试光束可以通过它从一个面反射到另一个面。在每次反射时都有倏逝波传播,如果表面上有测试液体,那么该液体的红外特征就从测试光束中提取出来。这就产生了缩略语ATR中的术语“衰减”。这种技术对棱镜的折射率有很高的要求,以避免样品折射率的中和。

 

 

 ATR原理图 

 

四、样品测试

 

 

 

 

 

 




 

 

 

 

HeNe激光束在ZnSe ATR棱镜中显示出内部(菲涅耳)反射图

 

 

由该ATR棱镜中测试激光产生的内部反射图表明,光源发出的光可以穿透试样表面较大深度,这将有助于获得高质量的红外谱图,大大提高采样效率与精度,为微区样品分析提供可能。