鏡面反射紅外光譜分析

理論與應用

圖1. 鏡面反射真實情況示意圖

Rs2標記為漫反射的光線，經過樣品表面不規則處的鏡面反射，但未被吸收。與真鏡面反射（Rs1）成分不同，這種光線最終可能以任何相對於入射輻射的角度出現。
測量入射的第三個組成部分稱為RT，其穿透了塗層，從塗層與基材界面反射，最後再次穿過樣品返回。這種光線包含了樣品吸收性的訊息。鏡面反射和穿反射成分的混合可能會導致光譜失真。對於許多樣品，測得的鏡面反射光譜是這些組分的混合，觀察到的光譜帶形狀呈導數形狀。一種稱為克拉默斯-克朗尼格（Kramers-Kronig）轉換的數學運算，常常可以用來校正主要受折射率變化影響的光譜。這些效應以及Kramers-Kronig變換在鏡面反射光譜中的應用將在本文的後一部分進行更詳細的討論。

常用於紅外線鏡面反射測量的兩種不同配件，如固定30度和80度角度，兩者間存在差異，詳細差異如圖2所示。透過增加入射角度，可以增加穿過樣品的有效光路長。因此，30度附件對於厚度大於微米範圍的塗層最為有用，而80度附件，通常稱為掠角，則更常用於具有薄塗層樣品，甚至應用到單分子層。除了80度附件帶來的明顯增加的有效光路長外，由於入射輻射的電場角度依賴性，還會增強相互作用。在高入射角度下，表面附近的場強度相對較高，將與那些過渡瞬時正對表面的官能基團相互作用。

圖2. 30度角與80度角反射示意圖

偏光片也可以用來增強，對於相對於樣品表面規則排列的官能基團的測量效果。例如，一個垂直於表面定向的酮基團將強烈吸收，與表面垂直平面偏振的輻射。在進行簡單的穿透率測量時，例如分析聚合物薄膜或密封液體槽中的液體時，會先在光路中測量不帶樣品的背景。然後將樣品放入紅外光束中，通過將樣品的單光束光譜除以開放光束背景的光譜，計算穿透率光譜。
其計算公式如下

% Transmittance = (Single Beam Sample / Single Beam Background) * 100
Absorbance = Log(1/T)

幾乎所有的附件來說，都是透過附件測量背景，而不是使用開放環境作為背景光譜。對於鏡面反射測量，通常會透過測量鍍有銀或金等高反射率的金屬作為鍍面鏡來獲取背景。然後再獲取樣品光譜，並以類似於穿透率的方式計算反射光譜。
其計算公式如下

% Reflectance = (Reflectance Sample / Reflectance mirror) * 100
Absorbance = Log(1/R)