ATR-Spektroskopie
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Die 'ATR-Spektroskopie (Attenuated Total Reflection oder auf deutsch Abgeschwächte TotalReflexion) ist ein analytisches Verfahren aus den 60er Jahren.
Kernstück dieser Methode ist ein Lichtwellenleiter, in dem Strahlung in Totalreflexion geführt wird. Dieser Lichtwellenleiter ist für gewöhnlich ein Prisma, eine Faser ohne Mantel oder ein spezieller ATR-Kristall, in dem Mehrfachreflexionen möglich sind.
Bei Totalreflexion bilden sich hinter der reflektierenden Grenzfläche evaneszente Wellen aus. Diese hat etwa die Reichweite einer Wellenlänge. Wird nun eine Probe nahe an die Oberfläche des Lichtwellenleiters gebracht, kann diese mit der evaneszente Welle wechselwirken.
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[Bearbeiten] Anwendung
[Bearbeiten] Anregung von Oberflächenplasmonen
Hier wird die winkelabhängige Absorption bei festen Wellenlängen gemessen. Es gibt zwei verschieden Möglichkeiten der Anordnung: Zum einen die Otto-Methode[1], bei der ein Luftspalt zwischen Prisma und dem zu untersuchenden Metall gelassen wird. Zum anderen die Kretschmann-Methode[2], bei der ein dünner Metallfilm auf das Prisma aufgebracht wird. Das evaneszente Feld regt nun unter bestimmten Bedingungen Oberflächenplasmonen an einer Grenzfläche der Probe an und wird dabei absorbiert. Nimmt man die Reflexion winkelabhängig auf, kann man aus dem Verlauf die komplexe Brechzahl der Probe berechnen.
Die Kretschmann-Methode findet auch in der Biologie ihre Anwendung. Hier wird auf ein Prisma mit einen Goldfilm eine Membran präpariert, die biologische Moleküle absorbieren kann. Die Bedeckung der Membran mit Molekülen verändert die Brechzahl der Schicht, die mit dieser Methode sehr empfindlich gemessen werden kann.
Siehe auch: Oberflächenplasmonenresonanz
[Bearbeiten] IR-Spektroskopie
Hier werden feste und flüssige Proben in das evaneszente Feld gebracht und die wellenlängenabhängige Absorption gemessen. Feste Proben werden dabei an die Oberfläche des Lichtwellenleiters angepresst, um ein möglichst hohes Messsignal zu erhalten. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit werden Lichtwellenleiter eingesetzt, in denen der Messstrahl mehrfach reflektiert wird.
Für die Aufnahme von IR-Spektren von Werkstücken und Materialproben gehört ATR heute zu den am häufigsten angewandten Methoden. Als Materialien für IR-Strahlung wählt man je nach Wellenzahlbereich meist ZnSe, Ge, KRS-5, Si, AMTIR, Diamant.
[Bearbeiten] Quellen
1. Otto, A., Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection. Zeitschrift für Physik, 1968. 216: p. 398-410.
2. Kretschmann, E., Die Bestimmung optischer Konstanten von metallen durch Anregung von Oberflächenplasmaschwingungen. Zeitschrift für Physik, 1971. 241: p. 313-324.
