入门丨红外衰减全反射技术
基本原理：当入射光在晶体介质中以入射角α（大于临界角）照射到晶体与样品界面上，反射光光强等于入射光光强，折射角γ呈90°且光强为零，即发生全反射现象,见图1。红外光在晶体外表面产生隐失波，当样品与晶体表面接触时，隐失波进入样品并随着穿透深度衰减，隐失波沿着界面流过波长量级距离后重新返回晶体介质，沿着反射光方向射出，从隐失波衰减的能量可以得到样品的吸收信息。图1全反射光路图ATR测试需要ATR晶体，适用于中红外区域的常见晶体有金刚石、锗、硅、硫化锌、硒化锌和溴碘化铊（由铊、溴和碘合成的混晶，简称KRS-5）等。其中锗晶体折射率高约4.0（1000cm-1处），红外光穿透深度浅，质地坚硬，易碎，对温度敏感，它适用于含碳黑样品的测试；金刚石折射率为2.42（1000cm-1处），穿透深度较锗晶体深，光谱范围宽4000-600cm-1(但在19802015,2035和2162 cm-1处有金刚石自身的信号)，晶体坚硬，抗化学腐蚀，耐压。硒化锌晶体折射率为2.4（1000cm-1处）与金刚石相当，光谱范围宽5000-500cm-1，易碎易划伤，不耐强酸强碱（PH适用范围5-9），但耐热性好，可做升温测试（低于100oC）. KRS-5折射率为2.37，光谱范围宽5000-250cm-1，缺点是有毒，在水中溶解度0.02g/ml。
ATR附件还分水平、可变角、圆形池和单次反射。水平ATR附件是长条形，晶体材料多采用硒化锌、锗、硅和硫化锌，反射次数不会少于10次，因此得到的信号强度较高，见图2a。可变角ATR附件红外光的入射角度可以调节，因此可以根据样品的折射率选择不同的入射角度，或改变入射角测试同一样品的不同深度以得到不同层面的信息。圆形池ATR用于液体样品的测试。单次反射附件所用晶体一般为金刚石、锗和硅，形状为直径约2毫米的半球，虽然只发生一次有效全反射，但通过压力杆施压可以使样品和晶体紧密接触增大有效接触面积，见图2b。图2 衰减全反射附件光路图(a 水平ATR附件光谱图，b 单次反射ATR附件光路图)
对于不同的材料红外谱图的效果好坏主要取决于红外光的穿透深度，穿透深度除了上面提到的与ATR晶体材料、入射角有关外还与样品的折射率和光谱波数有关。此外，由于红外显微技术的发展，红外ATR显微镜应运而生，布鲁克HYPERION 2000型红外显微镜配备了20×锗晶体ATR显微镜，它具备可切换的可见、红外光双光路，锗晶体与样品接触的尖端直径不到100μm，如此小的尺寸为样品的微区分析提供了可能。
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