ATR: Yalıtılmış toplam yansıma

Daha önceden IR Enstrumantasyonu ile ilgili şurada bir sayfa oluşturmuştum. Bu sayfaya ek olacak mahiyette ATR tekniğinin temel prensiplerine kendimce değinmek istiyorum.

Kızılötesi ışınları (IR) yüksek derecede yansıtan bir prizmanın üzerine konulmuş numune, ATR (Attenuated total reflectance) tekniğinin temelini oluşturur.

IR ışın kaynağının perde açısı, kritik açıdan daha yüksektir. Burada IR ışını prizma ve numuneden tamamen yansır.

ATR spektrumu bir kaç μm kalınlığındaki çok ince bir yüzeyden alınır. Bir önemli nokta da, prizma numune ile temas halindedir. Numuneden geçen IR ışını mutlaka prizmadan geri yansır.

Burada yalıtılmış veya azaltılmış toplam yansıma denilmesinin ana sebebi aşağıdaki şekildeki çizimle çok daha iyi anlaşılacaktır.

Şekilde görüldüğü gibi, Bir ışın demeti kritik açıdan düşük bir açı yaptığında, ortam geçişi olmaz; yansıma meydana gelir. Bu açıda gelen yüzeyden gelen ışınların bir kısmı saçılıma uğrayacak veya prizmanın içine doğru ilerleyecektir. işte azaltışmış toplam yansıma denmesinin sebebi de buradan kaynaklanmaktadır. Işık kaynağından gelen IR ışınının bir kısmı numune üzerinde ve prizma üzerinde zayıflar.

Aşağıdaki şekilde ise tipik bir ATR sistemindeki yansıyan ışın demetinin numuneye nufuz derinliğinin nasıl olduğu gösterilmiştir.

Bu şekildeki açıklamalardan da yararlanarak, IR ışın demetinin nüfûz derinliği aşağıdaki formül ile ifade edilir:Burada şunu belirtmekte yarar var. Değişik kırılma indisine sahip prizmalar kullanıldığında nüfüz derinliğileri dalga sayılarına göre değişiklik gösterecektir. Aşağıdaki tabloda Shimadzu IR Prestige 21 modelinde kullanılan prizmaların dalga sayılarına göre değişen nüfuz derinlikleri hesaplanmıştır.

Tablodan da görüleceği gibi yüksek kırılma indisli Ge prizmalarda her dalga boyunda numunenin içine IR ışının nüfüz derinliği düşük olmaktadır. Burada formülde ve şekilde gösterilen IR ışının giriş açısı da önemli bir faktördür. Formülden de anlaşılacağı gibi bu açı arttıkça, nufuz derinliği düşmektedir.

Genel olarak IR ölçümlerinde kullanılan ATR tekniğinin açıklamasını yapmaya çalıştım. Umarım yararlı olmuştur.