La reflexión total atenuada ( ATR ) es una técnica de muestreo que se utiliza junto con la espectroscopia infrarroja que permite examinar las muestras directamente en estado sólido o líquido sin preparación adicional. [1]
ATR utiliza una propiedad de reflexión interna total que resulta en una onda evanescente . Un rayo de luz infrarroja pasa a través del cristal ATR de tal manera que se refleja al menos una vez en la superficie interna en contacto con la muestra. Esta reflexión forma la onda evanescente que se extiende hacia la muestra. La profundidad de penetración en la muestra es típicamente entre 0,5 y 2 micrómetros , con el valor exacto determinado por la longitud de onda de la luz, el ángulo de incidencia y los índices de refracción para el cristal ATR y el medio que se está probando. [2]El número de reflexiones se puede variar variando el ángulo de incidencia. El rayo es luego recogido por un detector cuando sale del cristal. La mayoría de los espectrómetros infrarrojos modernos se pueden convertir para caracterizar muestras a través de ATR montando el accesorio ATR en el compartimento de muestras del espectrómetro. La accesibilidad, la rápida entrega de muestras y la facilidad de ATR- FTIR han llevado a un uso sustancial por parte de la comunidad científica.
Este efecto evanescente solo funciona si el cristal está hecho de un material óptico con un índice de refracción superior al de la muestra en estudio. De lo contrario, se pierde luz en la muestra. En el caso de una muestra líquida, es suficiente verter una pequeña cantidad sobre la superficie del cristal. En el caso de una muestra sólida, las muestras se sujetan firmemente para garantizar un buen contacto y eliminar el aire atrapado que reduciría la intensidad de la señal. La relación señal / ruido obtenida depende del número de reflexiones, pero también de la longitud total de la trayectoria de la luz óptica que amortigua la intensidad. Por lo tanto, no se puede hacer una afirmación general de que más reflejos dan mejor sensibilidad. [ cita requerida ]
Los materiales típicos para los cristales de ATR incluyen germanio , KRS-5 y seleniuro de zinc , mientras que el silicio es ideal para su uso en la región de IR lejano del espectro electromagnético . Las excelentes propiedades mecánicas del diamante lo convierten en un material ideal para ATR, particularmente cuando se estudian sólidos muy duros, aunque la banda ancha de fonones del diamante entre 2600 y 1900 cm −1 disminuye significativamente la señal a ruido en esta región. La forma del cristal depende del tipo de espectrómetro y la naturaleza de la muestra. Con espectrómetros dispersivos , el cristal es una losa rectangular con bordes biselados, visto en sección transversal en las ilustraciones. Otras geometrías utilizan prismas, semiesferas o láminas delgadas. [ cita requerida ]
Aplicaciones
La espectroscopia infrarroja (IR) por ATR es aplicable a los mismos sistemas químicos o biológicos que el método de transmisión. Una ventaja de ATR-IR sobre la transmisión-IR es la longitud de camino limitada en la muestra. Esto evita el problema de una fuerte atenuación de la señal de infrarrojos en medios de alta absorción, como las soluciones acuosas. Para la luz ultravioleta o visible (UV / Vis), la trayectoria de la luz evanescente es lo suficientemente corta como para que la interacción con la muestra disminuya con la longitud de onda. Para muestras ópticamente densas, esto puede permitir mediciones con UV. Además, como no es necesario establecer una trayectoria de luz, las sondas de eje único se utilizan para la monitorización del proceso y son aplicables tanto en el espectro infrarrojo cercano como en el medio. [ cita requerida ]
Recientemente, ATR-IR se ha aplicado a flujos de microfluidos de soluciones acuosas mediante la ingeniería de microrreactores con aberturas integradas para el cristal ATR, lo que permite que el flujo dentro de los microcanales pase a través de la superficie del cristal para su caracterización, [3] o en celdas de flujo dedicadas. [4] [5] La capacidad de caracterizar muestras de forma pasiva, sin preparación de muestras, también ha llevado al uso de ATR-FTIR en el estudio de pruebas de trazas en la ciencia forense .
ATR-FTIR también se utiliza como herramienta en la investigación farmacológica para investigar en detalle las interacciones proteína / farmacéutica. Las proteínas solubles en agua que se van a investigar requieren etiquetas de polihistidina , lo que permite anclar la macromolécula a una bicapa lipídica, que se une a un cristal de germanio u otro medio óptico adecuado. La reflexión interna con y sin ligando o farmacéutico aplicado producirá espectros de diferencia para estudiar los cambios conformacionales de las proteínas al unirse. [6]
Ver también
Fuentes
- ^ "Espectroscopia FT-IR: reflectancia total atenuada (ATR)" (PDF) . Perkin Elmer Life and Analytical Sciences . 2005. Archivado desde el original (PDF) el 2007-02-16 . Consultado el 26 de enero de 2007 .
- ^ FM Mirabella, Jr., Serie de espectroscopia práctica; Espectroscopia de reflexión interna: teoría y aplicaciones, Marcel Dekker, Inc .; Marcel Dekker, Inc., 1993, 17-52.
- ^ Jesse Greener, Bardia Abbasi, Eugenia Kumacheva, Espectroscopia de transformada de Fourier de reflexión total atenuada para el control en chip de las concentraciones de solutos , Lab Chip, 10 (2010) 1561-1566.
- ^ Carter, Catherine F. (2010). "Celda de flujo ReactIR: una nueva herramienta analítica para el procesamiento químico de flujo continuo". Investigación y desarrollo de procesos orgánicos . 14 (2): 393–404. doi : 10.1021 / op900305v .
- ^ Minnich, Clemens B. (2010). "Determinación de las características de dispersión de reactores en espiral miniaturizados con espectroscopia de infrarrojo medio de transformada de Fourier de fibra óptica". Investigación en Química Industrial e Ingeniería . 49 (12): 5530–5535. doi : 10.1021 / ie901094q .
- ^ Pinkerneil, Philipp; Güldenhaupt, Jörn; Gerwert, Klaus; Kötting, Carsten (2012). "Proteínas de etiqueta polihistidina unidas a la superficie caracterizadas por espectroscopia de diferencia FTIR" . ChemPhysChem . 13 (11): 2649–2653. doi : 10.1002 / cphc.201200358 . PMC 3531609 . PMID 22707114 .
Bibliografía
- Harrick, Nueva Jersey (1967). Espectroscopia de reflexión interna . John Wiley & Sons Inc . pag. 342. ISBN 978-0-470-35250-2.
- "Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR)" . matiz.northwestern.edu . Centro Experimental de Caracterización Atómica y Nanoescala de la Universidad Northwestern . Archivado desde el original el 24 de mayo de 2014.