13.17 : Abgeschwächte Totalreflexion (ATR)-Infrarotspektroskopie: Übersicht

Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR)-Infrarotspektroskopie ist eine leistungsstarke Analysetechnik zur Untersuchung der Zusammensetzung von Materialien. Sie wird häufig in der Chemie, Materialwissenschaft, Forensik und anderen Bereichen eingesetzt, in denen eine Probencharakterisierung erforderlich ist. ATR hat gegenüber der herkömmlichen Transmissions-IR-Spektroskopie mehrere Vorteile, darunter die Tatsache, dass nur eine geringe oder gar keine Probenvorbereitung erforderlich ist und eine große Bandbreite an Proben analysiert werden können.

Der ATR-Prozess beginnt damit, dass ein IR-Strahl auf einen Diamant- oder Germaniumkristall gerichtet wird. Der hohe Brechungsindex führt zur Totalreflexion des Strahls im ATR-Kristall. Wenn der Strahl auf die Schnittstelle zwischen dem Kristall mit dem hohen Brechungsindex und der Probe mit dem niedrigeren Brechungsindex trifft, wird eine evaneszente Welle erzeugt, die sich über die Oberfläche des Kristalls hinaus in die Probe erstreckt. Wenn die evaneszente Welle mit der Probe interagiert, wird ein Teil der Energie der Welle absorbiert. Die Tiefe, bis zu der diese Welle in die Probe eindringt, hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichts, dem Einfallswinkel und den Brechungsindizes des Kristalls und der Probe ab. Die absorbierte Energie entspricht den Schwingungsfrequenzen der Moleküle in der Probe, wodurch ein einzigartiges Absorptionsspektrum entsteht. Jedes Molekül hat eine individuelle Kombination von Bindungsschwingungen und absorbiert IR-Strahlung bei den dafür charakteristischen Wellenlängen. Der Vergleich des Absorptionsspektrums der Probe mit bekannten Spektren hilft dabei, die molekulare Zusammensetzung der Probe zu ermitteln.