Пониженное полное отражение
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2020 г. ) |
Ослабленное полное отражение ( НПВО ) — это метод отбора проб, используемый в сочетании с инфракрасной спектроскопией , который позволяет исследовать образцы непосредственно в твердом или жидком состоянии без дальнейшей подготовки. [1]
ATR использует свойство полного внутреннего отражения, приводящее к затухающей волне . Луч инфракрасного света проходит через кристалл ATR таким образом, что он хотя бы один раз отражается от внутренней поверхности, контактирующей с образцом. Это отражение образует затухающую волну, которая распространяется внутрь образца. Глубина проникновения в образец обычно составляет от 0,5 до 2 микрометров , причем точное значение определяется длиной волны света, углом падения и показателями преломления кристалла НПВО и исследуемой среды. [2] Количество отражений можно варьировать, изменяя угол падения. Затем луч собирается детектором на выходе из кристалла. Большинство современных инфракрасных спектрометров можно переоборудовать для определения характеристик образцов с помощью НПВО, установив аксессуар НПВО в отсек для образцов спектрометра. Доступность, быстрая обработка образцов и простота использования НПВО с инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье (FTIR) привели к его широкому использованию научным сообществом.
Этот эффект затухания работает только в том случае, если кристалл изготовлен из оптического материала с более высоким показателем преломления , чем у исследуемого образца. В противном случае свет теряется в образце. В случае жидкого образца достаточно вылить небольшое количество жидкости на поверхность кристалла. В случае твердого образца образцы прочно зажимаются, чтобы обеспечить хороший контакт и удалить захваченный воздух, который может снизить интенсивность сигнала. Полученное соотношение сигнал/шум зависит от количества отражений, а также от общей длины оптического пути света, который ослабляет интенсивность. Следовательно, нельзя сделать общее утверждение, что большее количество отражений дает лучшую чувствительность. [ нужна ссылка ]
Типичные материалы для кристаллов ATR включают германий , KRS-5 и селенид цинка , а кремний идеально подходит для использования в дальней ИК-области электромагнитного спектра . Превосходные механические свойства алмаза делают его идеальным материалом для НПВО, особенно при изучении очень твердых тел, хотя широкая фононная полоса алмаза между 2600 и 1900 см-1 −1 значительно уменьшает отношение сигнал/шум в этой области. Форма кристалла зависит от типа спектрометра и природы образца. В дисперсионных спектрометрах кристалл представляет собой прямоугольную пластину со скошенными краями, которая видна на иллюстрациях в поперечном сечении. В других геометриях используются призмы, полусферы или тонкие листы. [ нужна ссылка ]
Приложения
[ редактировать ]Инфракрасная (ИК) спектроскопия с помощью НПВО применима к тем же химическим или биологическим системам, что и метод пропускания. Одним из преимуществ ATR-IR перед трансмиссионным IR является ограниченная длина пути в образец. Это позволяет избежать проблемы сильного затухания ИК-сигнала в сильно поглощающих средах, таких как водные растворы. Для ультрафиолетового или видимого света (УФ/Вид) путь затухающего света достаточно короткий, так что взаимодействие с образцом уменьшается с увеличением длины волны. Для оптически плотных образцов это может позволить проводить измерения в УФ-излучении. Кроме того, поскольку не требуется прокладывать световой путь, для мониторинга процесса используются датчики с одним стержнем, которые применимы как в ближнем, так и в среднем инфракрасном спектре. [ нужна ссылка ]
Недавно метод ATR-IR был применен к микрофлюидным потокам водных растворов с помощью инженерных микрореакторов со встроенными отверстиями для кристалла ATR, что позволяет потоку внутри микроканалов проходить через поверхность кристалла для определения характеристик. [3] или в специальных проточных кюветах. [4] [5] Благодаря геометрии НПВО и возникающей в результате затухающей волне с помощью этого метода можно изучать явления переноса и кинетику сорбции через тонкие пленки. [6] Возможность пассивно характеризовать образцы без подготовки образцов также привела к использованию ATR-FTIR при изучении следов в судебной медицине .
ATR-FTIR также используется в качестве инструмента в фармакологических исследованиях для детального изучения белково-фармацевтических взаимодействий. Водорастворимые белки, подлежащие исследованию, требуют полигистидиновых меток , позволяющих закрепить макромолекулу на липидном бислое, который прикреплен к кристаллу германия или другой подходящей оптической среде. Внутреннее отражение с применением фармацевтического препарата или лиганда и без него будет давать разностные спектры для изучения конформационных изменений белков при связывании. [7]
См. также
[ редактировать ]Источники
[ редактировать ]- ^ «ИК-Фурье-спектроскопия — ослабленное полное отражение (НПВО)» (PDF) . Перкин Элмер Жизнь и аналитические науки . 2005. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2007 г. Проверено 26 января 2007 г.
- ^ Ф. М. Мирабелла-младший, Серия «Практическая спектроскопия»; Спектроскопия внутреннего отражения: теория и приложения, Marcel Dekker, Inc.; Марсель Деккер, Инк., 1993, 17–52.
- ^ Джесси Гринер, Бардиа Аббаси, Евгения Кумачева, Фурье-спектроскопия ослабленного полного отражения для внутрикристального мониторинга концентраций растворенных веществ , Lab Chip, 10 (2010) 1561-1566.
- ^ Картер, Кэтрин Ф. (2010). «Проточная ячейка ReactIR: новый аналитический инструмент для непрерывной химической обработки». Исследования и разработки органических процессов . 14 (2): 393–404. дои : 10.1021/op900305v .
- ^ Минних, Клеменс Б. (2010). «Определение дисперсионных характеристик миниатюрных спиральных реакторов с помощью волоконно-оптической спектроскопии с преобразованием Фурье в среднем инфракрасном диапазоне». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 49 (12): 5530–5535. дои : 10.1021/ie901094q .
- ^ Сэммон, К.; Ярвуд, Дж.; Эвералл, Н. (март 2000 г.). «Исследование процессов диффузии жидкости в ПЭТ-пленках с помощью FTIR–ATR: сравнение воды с простыми спиртами» . Полимер . 41 (7): 2521–2534. дои : 10.1016/S0032-3861(99)00405-X .
- ^ Пинкернейл, Филипп; Гюльденхаупт, Йорн; Герверт, Клаус; Кеттинг, Карстен (2012). «Белки с полигистидиновыми метками, прикрепленные к поверхности, охарактеризованные с помощью разностной ИК-Фурье-спектроскопии» . ХимияФизХим . 13 (11): 2649–2653. дои : 10.1002/cphc.201200358 . ПМЦ 3531609 . ПМИД 22707114 .
Библиография
[ редактировать ]- Харрик, Нью-Джерси (1967). Спектроскопия внутреннего отражения . Джон Уайли и сыновья, Inc. п. 342. ИСБН 978-0-470-35250-2 .
- «Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR)» . nuance.northwestern.edu . Экспериментальный центр атомных и наноразмерных характеристик Северо-Западного университета . Архивировано из оригинала 24 мая 2014 года.