ATR测量，值得深入一些
时间：2022-01-20
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ATR测量，值得深入一些
为什么加AT？此处不是汽车频道，自然不是自动变速箱的意思。
= Attenuated Total + Reflection
其次，这个“全”字有意思了，超过临界角能够达到100%反射率，定量描述。
要知道光从空气中入射到金属或者是电介质表面，要达到100%反射率几乎是不可能的。
首先，反射界面两侧的折射率数值影响着全反射的临界角，示意图如下，横坐标是晶体折射率，纵坐标是临界角，曲线是固定的样品折射率情况下，不同晶体折射率对应的临界角趋势。
当我们在测量样品的时候，以大部分有机物为例，其折射率约1.5。此时，常见ATR晶体材料如ZnSe，Ge和金刚石的临界角如下。
当然，做背景扫描时，另一面是空气（折射率为1），其临界角更小。
总体近似渗入深度与反射界面两边的折射率、入射角度、入射波长息息相关（此处暂时不区分偏振方向），如上关系式。先举个例子有个数量级概念，入射角度30°、45°和60°，波长10um（即1000cm-1），样品折射率1.5，不同ATR晶体（折射率不一样）渗入深度（单位um）如下。
为了抓概念简化分析，以上我们忽略样品对于不同波长光实际上有着不同的折射率的现象，以PS聚苯乙烯为例，折射率-波长分布如下，在吸收峰附近，变化幅度实际上是不可忽略的。红外波段跨度那么大，2.5um~25um，不同波长有不同的渗入深度，即不同的吸收光程，这现象跟透射有本质区别，透射是所有的波长光程一致。两者对比示意图如下。
这个时候可以明白ATR模式测量的原始数据需要经过校正的算法（把光程调整到一致），才可以得到跟透射接近的谱图，示例如下。
b部分是校正函数，简单的一个线性方程可以实现接近透射的校正效果，此处无需更复杂的模型，不做过多解释。已经够复杂的了，偏振方向这个时候居然还来凑热闹。上一个小结开始处，我们就强调是总体近似的渗入深度，严格需要区分偏振方向，p偏振光和s偏振光有着不同的渗入深度。p偏振光渗入深度
偏振光是角度敏感的，偏振光的渗入深度与入射角的关系。整体渗入深度与波长比值
s偏振光渗入深度与波长比值
p偏振光渗入深度与波长比值
s偏振光和p偏振光的渗入深度不同和偏振方向不同，在应用上也有很多好玩的地方，跟上期红外光与金属表面二三事中的IRRAS采样有着异曲同工之妙。
