深科健光谱科技有限公司 

    联系地址:深圳市福田区车公庙泰然六路苍松大厦北座1968 

    专线号 0755-88640562 0755-33916213

    联 系 人:李锡安  移动电话:13600199332

    电子邮件:caisigp@vip.163.com

    邮 编:518040

    网 址:www.caisigp.com

    SKYPE: jf_eric@hotmail.com

    QQ:909654659 (欢迎用QQ通话)

    Line : 13600199332


     


母公司科健企业公司(JUMBO FORWARD ENT CO) 是德国蔡司光谱仪产品中国代理亦负责进口事宜

Tel : 852-27969409, email : jf_eric@hotmail.com

产品搜索
主营产品:

粮食储备,优质糯米,饲料谷物,优质糯米粉,在线光谱仪,杂粮加工

*新动态
首页  >  技术文章  >  其它

衰减全反射光谱

 衰减全反射光谱简

ATR是使用经一次或多次的内反射后结果而形成的衰减波evanescent
 wave,当衰减波射在样品成份会被吸收,造成反射光能量的损失,这与物质的光谱会回归到光谱检测器上。这衰减波的穿透深度不大,约0.5-2.0mm。被测样品的折射率是影响光程的主要因素,结果与被用于吸光物质及在给定波长下非吸光的物质浓度有关。因此在ATR的光谱中也含有非吸光物质的信息,这也是ATR光谱区别于其它常规光谱的独特之处。ATR可用作非破坏性及非接触式测量,除IR、NIR强穿透性外还可用于UV-VIS对粉质、溶液及固体测量。特别是应用于自动过程控制测量。卡尔蔡司在这领域有着独特的供应及支援。MCS600/ CORONAPLUS可与配件ATR PROBE连接,轻易地执行衰减全反射光谱技术测量。应用例子:使用衰减全反射法(ATR)的光学测定原理、衰减全反射一紫外至可见光谱方法(ATR-UV)的特点以及它们在一些典型的工业过程溶液,如结晶过程Crystallisation),由于温度下降吸收力上升,有效监督吸收力,需有效控制温度,这数据预先由HPLC檢定。ATR—UV光谱技术适宜实时地反馈結晶过程从而帮助我们了解该过程的进展。ATR 的检测对象限于高浓液体而对于低浓液体测量的灵敏度较低ATR2紫外加可见光谱仪 Zeiss MSC600 的样机。它配置了两种由光导纤维传输光波的插入式的 ATR探头 (以 suprasil 为材料)由于 ATR 的反射次数是由被测溶液决定的,用局限性很大较难普及为了适用于 ATR2紫外加可见光谱技术的应用开发,测试时可将溶液直接泵入 ATR 探测池进行检测。与插入式 ATR 探头不同,灯源的光通过空气介质射入探测池ATR探头的一端,然后在探头内经若干次反射后离开探测池到达光度检测器。


衰减全反射光谱

在光谱传感器中,利用物质在红外 ( IR) 和近红外 (NIR)波长吸收的光谱技术应用*为广泛。由于 IR、NIR光波具有良好的穿透性能能穿过深色的溶液,甚至固体。但从另一角度看,由于红外和近红外光谱是物质分子的振动和转动光谱大多数物质都在该波长范围有响应吸收因此依照特征吸收峰的强度测定物质中组分的含量然而对于含有许多成分的样品由于其光谱太复杂而很难解出所要检测的各个成分的含量虽然用于多变量分析的化学统计学计算机软件可以对复合光谱进行分解但校正步骤复杂测定的可靠性和准确性较差紫外Π可见光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的其特点是光谱带较宽信息量比较简单由于此波长范围的光波穿透性能较弱一般不适合于工业过程溶液的测定很难直接用于工业过程分析目前主要的紫外Π可见光谱的过程分析应用多限于测定化工过程气相中的成分如 H2S 或 SO2 气体。常规的紫外Π可见光谱的过程分析应用大多限于测定过程气相中的成分然而作为光谱学测定的重要波段紫外/可见光谱在过程检测中应用是对红外和近红外光谱的重要补充因此开发紫外Π可见光谱的应用潜力将对过程检测具有非常积极的意义

衰减全反射光谱

 常规紫外Π可见光谱技术用于过程溶液检 测的局限性

通常过程溶液中的成分浓度较高由于紫外Π可见光波穿透性能较弱使得光波几乎全部被溶液中的成分全部吸收而无法到达光度检测器 因而不能实现溶液中组分的测定另外由于工业过程溶液中含有悬浮的固体物质会造成光的散射从而影响光谱的测定对于高浓度或含有固体成分的溶液在实验室中测定可以用溶液稀释或过滤的方法加以解决然而对于可靠性为首等重要的在线过程传感器而言这种稀释 (尤其是高比例的) 或过滤的方式是不可取的因为这直接影响测定装置稳定性并使传感器日常操作和维护费用增加缩短透射光的光程即把光路经过的比色皿的孔径从通常的 1cm 减少到几毫米甚至更小与稀释的效果是等同的但这种有限的稀释倍数在很多场合仍然不能满足直接测定的要求同时缩短光程势必造成比色皿的通道细窄易被过程溶液中所含的固体颗粒堵塞而无法实现过程流体的连续监测另外由于比色皿的通道太细液体对比色皿材料的侵蚀作用也会改变光谱测定的光程。

衰减全反射光谱

 衰减全反射光学原理及特点

运用衰减全反射 (attenuated total reflectionATR)技术就能很容易地克服上述透射光谱的这一弱点

当高折射率 ( np ) 的材料 (探头) 与低折射率 ( ns)的样品 (溶液) 接触光波在探头中传播并以一定的入射角度到达与样品接触界面时如果入射角 θ 大于临界角θ c ( Snellπ s 规则 sinθ c = sΠ np ) 光线在界面处将会发生全反射在光反射处光波会延伸到样品介质即形成了消失波 (evanescent wave) [56 ]如果消失波被样品成分吸收会造成反射光能量的损失此时反射光就载有与样品物理性质有关的光谱信息被光谱检测仪记录

ATR 透射光吸收光谱也可以用比耳 (Bear) 定律表示即 := ε · · beff (1)
  其中 是一次通过探针界面的光吸收度ε 是吸光系数 是分析物质的摩尔浓度 beff 是单次经过探针界面反射的有效等价光程 (是消失波的光程在这里称其为等价光程以区别常规的光程)ATR 光谱有效等价光程 beff与常规的光吸收光谱的光程不同它是波长 、探针材料和样品的光折射率以及入射光的入射角等多种参数的函数被测样品的折射率是影响光程的主要因素它不仅与测定介质的温度和吸光物质的浓度有关而且与在给定波长下非吸光的物质浓度有关因此在 ATR 的光谱中也含有非吸光物质的信息这也是 ATR 光谱区别于其它常规光谱的独特之处ATR 反射的次数可根据需要通过改变探针的几何尺寸而获得图 2 是其示意图 [8 ]每次反射有效的等价光程一般为 1 —2μm如果光线在探针内经6 次反射其总等价光程大约是 10μm。多次反射 ATR 的吸光度可表述如下 :za ·ε · · beff (2)
  方程式 (2) 表示 ATR 光谱的吸光度与分析样品的摩尔浓度呈正比关系因此采用 ATR 与UVΠvis 光谱相结合就可测定采用1cm 比色皿的普通UVΠVis 分光光度法所能测定的1 000倍以上的浓度通过改变探针的长度就可以改变光在探针内的反射次数从而获得测定所需的灵敏度要求
衰减全反射光谱

3 ATR2紫外Π可见对吸收成分的直接测定

ATR2紫外Π可见光谱与相应的常规紫外Π可见光谱基本相似但是由于采用了 ATR 技术使得光程大大缩短因此 ATR2紫外Π可见对含有吸收成分高浓度试液不作稀释而直接进行测定从而也避免了由于稀释而可能引起的测量误差例如硫化物在 230nm 处有个*大吸收因而可以用紫外光谱进行检测然而如果用常规的紫外Π可见吸收光谱进行测定较高浓度的溶液就必须要对该溶液进行高比例的稀释由于硫化物对稀释剂中的溶解氧的敏感性 (即很容易被氧化)所以必须对稀释剂进行除氧处理使得测定步骤非常复杂运用 ATR2紫外Π可见光谱技术 就可以使测定步骤大为简化ATR2紫外Π可见光谱的这类应用*多主要是在制浆工业各种过程溶液的检测专门设计的ATR2紫外光谱传感器已经用于苯酚生产过程检测。

4 ATR2紫外Π可见光谱对非吸收成分的间接 测定

在常规紫外Π可见的透射光谱测定中由于被测样品的浓度非常低因此一般来说被测介质的折光指数基本保持不变因而被测液的吸光度与吸收物质的浓度成线性正比关系即符合比耳定律在ATR2紫外Π可见光谱的测定中由于溶液被测成分的浓度很高不论是产生光吸收或不吸收成分浓度的变化都会直接影响到溶液的折光指数因此方程式 (2) 中的光程有效等价光程 ( beff) 通常不为常数虽然这一光程的不确定性使得测试方法的校正变得复杂即需要用化学统计学的多变量回归法进行校正然而这也为我们提供了利用非光吸收成分对吸收成分吸光度测量的影响测定非吸收成分的目的由图 3 可知木素在波长300nm 处有紫外吸收而硫化物的吸收峰在该波长无干扰如果在相同木素含量的溶液中加入不同量的硫化物可以发现木素在波长 300nm 处的吸光度随着硫化物的含量增加而提高基于这一性质我们可将 ATR2紫外Π可见光谱技术用于测定溶液中溶解物的总固含量虽然工业过程溶液的总固含量也可以使用折光仪来测定 但经常遇到由于探头的结构而造成的虚假信号的问题与折射仪测定总固含量的方法不同在多波长的 ATR2紫外至可见光谱测定中通过观察在几个特定波长处吸收比例的变化就能很容易分辨出探头被污染 (结垢)的程度从而可对探头表面进行及时必要的清洗处理*近 我们已报道了关于应用 ATR2紫外Π可见光谱对制浆和蒸发过程黑液 (制浆后的溶液因颜色发黑而得此名 ) 中固体含量测定的研究

5 ATR2紫外Π可见光谱对含有固体的溶液的 测定

常规的紫外Π可见光谱法因固体颗粒的存在造成光散射而导致测量出现误差甚至无法检测因而需要对样品进行过滤处理对于微米级以上的固体颗粒 由于其被消失波涉及的概率很小 因此在ATR2紫外Π可见光谱中这些固体颗粒不会对溶解的被测成分的测定产生干扰利用 ATR2紫外Π可见光谱的这一特点可以直接测定固2液混合体系中溶解物质的含量该方法已用于一些特定体系 (如**)的溶解性特征以及结晶动力学的研究

6 ATR2紫外Π可见光谱对纳米颗粒溶液体系 的测定

通常采用 ATR 技术可避免固体颗粒对测定的干扰然而如果被测溶液中含有的颗粒是纳米级的这些颗粒显然能有极大的概率进入探测层 (probing layer) 而被消失波所涉及并从反射波上得到反映图 5 是丙烯酸甲基酯 (MMA) 微乳液聚合 (mini2emulsion polymerization) 中引发剂 (过硫酸钾)加入前和反应结束后的 ATR2紫外Π可见光谱图引发剂加入前 MMA 以纳米级单体油滴的形式存在于水溶液中由于 MMA 中的双键结构 因此在波长 220nm 左右有很强的紫外吸收反应结束时MMA 完全转化为聚丙烯酸甲基酯 ( PMMA)由于双键消失光谱吸收发生蓝移可以看出在约 200nm处有一个丙烯酸甲基酯和聚丙烯酸甲基酯等吸收值 ( Kiso )进一步的研究表明在波长 300nm 左右的基线“漂移”与单体的油滴或聚合物的粒径有关 (如图 6 所示)这一发现对微乳液聚合体系的在线监测意义很大因为现有的基于激光原理测定固体粒径的方法只局限于测定固体含量很稀的溶液很显然常规的紫外Π可见光谱法根本无法对上述乳液体系进行测量因此ATR2紫外Π可见光谱传感器技术对于烯基类单体的 、对环境友好的微乳液聚合过程的控制检测具有很大的应用前景

 

7 ATRUV 传感器的检测对象及其适宜波 长汇总

ATR 的检测对象限于高浓液体而对于低浓液体测量的灵敏度较低目前其*新的一些应用检测对象及其适宜波长汇总表ATR2紫外Π可见光谱仪 ( Zeiss MSC600) 的样机它配置了两种由光导纤维传输光波的插入式的 ATR探头 (以 suprasil 为材料)目前该公司已有型号为MSC601 的 UV-NIR 光谱仪出售由于 ATR 的反射次数是由被测溶液决定的因而其应用局限性很大较难普及为了适用于 ATR2紫外Π可见光谱技术的应用开发美国 Axiom Analytical 公司生产的流动式 ATR 探测池和 Custom Sensors & Technology 公司生产的内置型的 ATR 探头可以与美国 Agilent Technologies 公司生产的商用紫外到可见分光光度仪配套使用这样只要改变 ATR 探头设计即改变光波的反射次数就能满足不同过程测定的特定需要使研究开发成本大为降低由 Axiom 公司生产的流动式 ATR 探测池可置于 Agilent 公司的敞开式紫外Π可见光谱仪之测试时可将溶液直接泵入 ATR 探测池进行检测与插入式 ATR 探头不同灯源的光通过空气介质射入探测池 ATR 探头的一端然后在探头内经若干次反射后离开探测池到达光度检测器

 

 结束语
ATR 与紫外Π可见光谱相结合 使紫外Π可见光谱传感技术能直接用于高浓度过程溶液的检测分析其检测对象也主要限于高浓液体而对于低浓液体测量的灵敏度较低目前该技术的发展与研究重点是进一步提高其测量的准确度与仪器探头材料的改进使其能涉及更低的紫外波长以扩大其测量尺度与应用范围及前景由于紫外Π可见光谱仪的造价和维护费用比红外和近红外光谱仪低因而该技术在我国化工工业过程检测应用的推广具有重要的现实意义

衰减全反射光谱

粤公网安备 44030402001426号