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Tutorial MenueIR- und Raman-SpektroskopieLerneinheit 12 von 19

Reflexionsmethoden in der IR-Spektroskopie

ATR-Spektroskopie - Einführung

Mit der ATR-Spektroskopie werden Oberflächenanalysen von Proben möglich, die sich in Kontakt mit einem Kristall mit hohem Brechungsindex bringen lassen. Da die Strahlung durch totale Reflexion an der Grenzfläche des ATR-Kristalls geleitet wird, kommt sie nur mit der Oberfläche der Probe in Berührung.

Prinzip

Totale Reflexion wird dann beobachtet, wenn das Einstrahlen elektromagnetischer Strahlung an der Grenze zwischen einem optisch dichten (ATR-Kristall mit dem Brechungsindex n 1 ) und einem optisch dünnen Medium (Probe mit dem Brechungsindex n 2 ) unter einem Einfallswinkel erfolgt, der größer als der Grenzwinkel α g der Totalreflexion ist. (Geht ein Lichtstrahl vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium über, tritt Reflexion auf. Der reflektierte Anteil der einfallenden Strahlung steigt mit wachsendem Einfallswinkel. Die gesamte Strahlung wird reflektiert, wenn der Grenzwinkel der Totalreflexion erreicht wurde.)

Dieser Grenzwinkel ist gegeben mit:

sin α g = n 1 n 2 n 1 - Brechungsindex des ATR-Elements (optisch dicht) n 2 - Brechungsindex der Probe (optisch dünn)

mit n 1 > n 2

Abb.1

Der Lichtstrahl wird bei der Totalreflexion in der Größenordnung von einer Wellenlänge seitlich verschoben (Goos-Hänchen-Effekt). Die Vorgänge zwischen diesen beiden Punkten im optisch dünneren Medium (Probe) werden mit der Theorie des evaneszenten Feldes beschrieben.

Anwendung

Quantitative und qualitative Analysen von Oberflächen hinsichtlich

  • chemischer Zusammensetzung
  • Schichtstruktur
  • Diffusionprozesse
  • Adsorptionsprozesse
  • Monitoring chemischer Reaktionen an Oberflächen
Abb.2
Animation zur ATR-Spektroskopie

ATR-Kristalle

Evaneszentes Feld

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