La reflexión total atenuada ( ATR ) es una técnica de muestreo utilizada junto con la espectroscopia infrarroja que permite examinar muestras directamente en estado sólido o líquido sin preparación adicional. [1]
ATR utiliza una propiedad de reflexión interna total que da como resultado una onda evanescente . Se pasa un haz de luz infrarroja 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 suele estar entre 0,5 y 2 micrómetros , y el valor exacto está determinado por la longitud de onda de la luz, el ángulo de incidencia y los índices de refracción del cristal ATR y el medio que se está sondeando. [2] El número de reflexiones se puede variar variando el ángulo de incidencia. Luego, un detector recoge el haz cuando sale del cristal. La mayoría de los espectrómetros infrarrojos modernos se pueden convertir para caracterizar muestras mediante ATR montando el accesorio ATR en el compartimento de muestras del espectrómetro. La accesibilidad, la rápida entrega de muestras y la facilidad de uso de ATR con espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) han llevado a un uso sustancial por parte de la comunidad científica.
Este efecto evanescente sólo funciona si el cristal está hecho de un material óptico con un índice de refracción mayor que el de la muestra que se está estudiando. De lo contrario, la muestra perderá luz. 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 que se establezca un buen contacto y para 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 del camino óptico de la luz que amortigua la intensidad. Por lo tanto, no se puede afirmar de forma general que más reflejos dan mejor sensibilidad. [ cita necesaria ]
Los materiales típicos para los cristales ATR incluyen germanio , KRS-5 y seleniuro de zinc , mientras que el silicio es ideal para su uso en la región del 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 de 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 de la naturaleza de la muestra. Con los espectrómetros dispersivos , el cristal es una losa rectangular con bordes achaflanados, como se ve en sección transversal en las ilustraciones. Otras geometrías utilizan prismas, medias esferas o láminas delgadas. [ cita necesaria ]
La espectroscopía infrarroja (IR) mediante 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 limitada del camino hacia la muestra. Esto evita el problema de la fuerte atenuación de la señal IR en medios altamente absorbentes 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, se utilizan sondas de eje único para el monitoreo de procesos y son aplicables tanto en el espectro infrarrojo cercano como en el medio. [ cita necesaria ]
Recientemente, ATR-IR se ha aplicado a flujos de microfluidos de soluciones acuosas mediante la ingeniería de microrreactores con aberturas incorporadas 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] Debido a la geometría ATR y la onda evanescente resultante, es posible con esta técnica estudiar fenómenos de transporte y cinética de sorción a través de películas delgadas. [6] La capacidad de caracterizar muestras pasivamente, sin preparación de muestras, también ha llevado al uso de ATR-FTIR en el estudio de rastros de evidencia en ciencia forense .
ATR-FTIR también se utiliza como herramienta en la investigación farmacológica para investigar en detalle las interacciones entre proteínas y productos farmacéuticos. Las proteínas solubles en agua que se van a investigar requieren etiquetas de polihistidina , que permiten anclar la macromolécula a una bicapa lipídica, que está unida a un cristal de germanio u otro medio óptico adecuado. La reflexión interna con y sin fármaco o ligando aplicado producirá espectros diferentes para estudiar los cambios conformacionales de las proteínas al unirse. [7]