Reflectanța totală atenuată
Reflexia totală atenuată ( ATR , din engleză atenuated total reflex ) este o tehnică utilizată împreună cu spectroscopia în infraroșu (dar și cu alte spectroscopii, cum ar fi spectroscopia UV ), care vă permite să examinați probe solide și lichide fără tehnici de preparare complicate.
Operațiune
ATR folosește proprietățile undei evanescente în reflexie totală . În această tehnică, proba este plasată în contact strâns cu un element optic numit element de reflexie internă (sau cristal ATR ) format dintr-un cristal cu un indice de refracție ridicat [1] . Raza IR emisă de sursă, înainte de a ajunge la eșantion, trece mai întâi prin acest element: când unghiul de incidență este mai mare decât unghiul critic , are loc fenomenul cunoscut sub numele de reflexie totală . Această reflecție formează unda evanescentă care se extinde în eșantion. Grosimea de penetrare în eșantion este de obicei între 0,5 și 2 μm , valoarea exactă depinde de lungimea de undă utilizată, unghiul de incidență și indicii de refracție ai cristalului ATR și eșantionul care urmează să fie studiat [2] . Numărul de reflexie poate fi variat variind unghiul de incidență. Fasciculul este apoi colectat de detector la ieșirea de cristal. În prezent,spectrometrele comercialetransformate Fourier pot utiliza tehnica ATR cu un accesoriu montat în camera de măsurare.
Acest efect de undă evanescentă funcționează numai dacă cristalul este realizat dintr-un material cu un indice de refracție mai mare decât cel al probei studiate. În caz contrar, raza intră în probă și este absorbită de aceasta. În cazul probelor lichide, toarnă doar câteva picături pe suprafața cristalului ATR. În cazul probelor solide, acestea trebuie apăsate pe suprafața cristalului, pentru a evita aerul prins care ar denatura rezultatul măsurătorii. Raportul semnal-zgomot depinde atât de numărul de reflexii, cât și de dimensiunea căii optice (cu cât calea reduce intensitatea), prin urmare nu se poate spune că sensibilitatea crește odată cu numărul de reflexii.
Cristale ATR
Cele mai utilizate materiale pentru producerea cristalelor ATR sunt germaniu , siliciu , AMTIR (compus din germaniu, arsenic și seleniu ) și selenură de zinc . Diamantul este, de asemenea, utilizat, în special în cazul probelor deosebit de dure care ar putea deteriora cristalul (ca în cazul unor minerale ). Forma cristalului depinde de spectrometrul utilizat și de probele care urmează să fie studiate. Cu spectrometre optice dispersive , cristalul este o placă dreptunghiulară cu o suprafață zimțată (așa cum se vede în secțiunea din figură). Alte geometrii posibile sunt prisme, jumătăți de sfere sau plăci subțiri.
Aplicații
Spectroscopia cu infraroșu utilizând ATR poate fi aplicată la aceleași sisteme chimice și biologice la care se aplică tehnicile de transmisie. Unul dintre avantajele acestei tehnici este lungimea limitată a căii optice în eșantion. Aceasta elimină problema atenuării puternice a semnalului infraroșu în medii foarte absorbante, cum ar fi soluțiile apoase. În cazul luminii ultraviolete sau vizibile , pătrunderea undei evanescente interacțiunea cu proba este doar pentru o grosime foarte mică.
Această tehnică necesită puțin sau deloc pregătirea eșantionului. Mai mult, deoarece nu este distructiv, poate fi exploatat în toate acele cazuri care necesită ca eșantionul să rămână intact, cum ar fi în cazul descoperirilor arheologice, operelor de artă și în domeniul criminalistic. Mai mult, este, de asemenea, posibil să urmăriți reacțiile chimice pe măsură ce acestea se desfășoară fără a deranja sistemul (nu este necesar să luați probe).
Recent, tehnica ATR în infraroșu a fost aplicată microfluidicelor fie prin ingineria microreactoarelor care fac să curgă lichidul pe cristale ATR [3], fie prin construirea de celule dedicate [4] [5] .
Tehnica este utilizată și în cercetarea medicamentelor pentru a studia în detaliu interacțiunea dintre proteine și medicamente. Proteinele solubile în apă necesită o etichetă de polistidină care permite legarea la un strat strat lipidic , care este apoi atașat la un cristal de germaniu sau la alt mediu optic adecvat. Reflecția totală cu și fără medicament sau ligand va produce spectre diferite care permit informații despre modificările conformaționale ale proteinelor odată legate [6] . Tehnica este utilizată și în medicina pe bază de plante [7]
Notă
- ^ JW Robinson, EMS Frame, GM Frame II, "Undergraduate instrumental analysis - Sixth edition" , Marcel Dekker, 2005, p. 250, ISBN 0-8247-5359-3
- ^ FM Mirabella, Jr., Seria practică de spectroscopie; Spectroscopie de reflexie internă: Teorie și aplicații, Marcel Dekker, Inc; Marcel Dekker, Inc., 1993, 17-52.
- ^ Jesse Greener, Bardia Abbasi, Eugenia Kumacheva, Spectroscopie transformată Fourier cu reflexie totală atenuată pentru monitorizarea on-chip a concentrațiilor de solut , Lab Chip, 10 (2010) 1561-1566.
- ^ Catherine F. Carter, ReactIR Flow Cell: Un nou instrument analitic pentru procesarea chimică cu flux continuu , în Cercetarea proceselor organice, 14 , 393-404, (2010)
- ^ Clemens B. Minnich, Determinarea caracteristicilor de dispersie a reactoarelor înfășurate miniaturizate cu spectroscopie în infraroșu mijlociu cu transformare Fourier în fibră optică , în Industrial, 49 , 5530-55535 (2010)
- ^ P. Pinkerneil, J. Güldenhaupt, K. Gerwert, C. Kötting, Surface-Attached Polyhistidine-Tag Proteins Characterized by FTIR Difference Spectroscopy , 13, 2649-2653, (2012)
- ^ Nikzad-Langerodi R, Ortmann S, Pferschy-Wenzig EM, Bochkov V, Zhao YM, Miao JH, Saukel J, Ladurner A, Heiss EH, Dirsch VM, Bauer R, Atanasov AG. Evaluarea proprietăților antiinflamatorii ale extractelor din caprifoi (Lonicera sp. L., Caprifoliaceae) prin spectroscopie ATR-FTIR. Talanta. 175 , 264-272, (2017). doi: 10.1016 / j.talanta.2017.07.045.
Bibliografie
- Francis M. Mirabella, Spectroscopie de reflecție internă: teorie și aplicații , CRC Press, 1992, ISBN 978-0824787301
