FTIR ATR 是什麼?原理、應用與選購一次看懂衰減全反射紅外光技術

一、FTIR ATR 是什麼？快速認識衰減全反射紅外光技術

了解 FTIR ATR 是什麼、如何運作及其應用範圍。從原理解析到選購建議，帶你一次掌握 FTIR ATR 儀器特性與常見問題解答，提升紅外光分析效率。

FTIR ATR 是傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）中非常實用的一種分析方式，其中「ATR」代表的是「衰減全反射（Attenuated Total Reflectance）」。 這項技術的特點在於能快速、不破壞樣品地分析材料表面組成，因此被廣泛應用於化學、藥品、食品與材料領域。

一般傳統 FTIR 分析常需將樣品研磨或製成薄片，過程繁瑣，對樣品也有損耗； 而 FTIR ATR 則只需將樣品直接壓在 ATR 晶體表面，即可獲得光譜資料，不僅節省時間，也降低了操作難度。

ATR 技術的出現，讓 FTIR 光譜技術的應用變得更加靈活與高效，是現代實驗室與品質檢驗單位中不可或缺的分析工具之一。

二、FTIR ATR 的工作原理：為什麼可以不破壞樣品也能分析？

FTIR ATR 的核心原理在於紅外光的全反射與穿透作用。 當紅外光通過 ATR 晶體（如 ZnSe 或鑽石）射向樣品表面時，會產生一種稱為 穿透波（evanescent wave）的能量，這個波會滲透至樣品表面約 1～2 微米深， 並與樣品中的分子產生吸收作用。

因為光並不真正穿透整個樣品，而是透過這層極淺的接觸進行分析， 所以不需要破壞或改變樣品結構，也能獲得精確的光譜數據。

這種「非破壞性分析」的特性，是 ATR 在 FTIR 光譜儀中廣受歡迎的主因之一， 特別適合用於液體、膏體、薄膜、粉末甚至不規則固體等各種樣品型態。

三、FTIR ATR 的應用範圍有哪些？

FTIR ATR 技術因為操作簡便、樣品前處理需求低、且能進行非破壞性檢測，因此應用領域極為廣泛， 幾乎涵蓋所有需要進行化學組成分析的行業。以下是依照產業分類的實際應用情境說明：

1. 化學與材料分析

在高分子材料、塑膠、塗料與黏著劑的檢測中，FTIR ATR 可用來快速辨識聚合物類型、填料組成與添加劑。 即使是不規則形狀的樣品，也能直接進行表面分析。

2. 醫藥與生技產業

藥品成分鑑定與品質控制，是 FTIR ATR 在醫藥領域的重要應用之一。 例如，可用於鑑定藥錠表面包覆層的組成、偵測藥物中是否含有非法添加物，或追蹤原料來源穩定性。

3. 食品檢測與品質驗證

食品中的脂肪、蛋白質、糖類等分子具有特定的紅外吸收頻率。 FTIR ATR 可用於食品成分分析、防腐劑添加偵測，或確認產品是否符合標示成分。

4. 法醫與環境分析

ATR 技術能協助法醫人員分析血跡、纖維、毒品樣品等； 在環保領域，亦可用來檢測水質汙染物、土壤中有機化合物等。

5. 奈米與先進材料

由於 ATR 對樣品需求低，亦可應用於奈米粉末、薄膜或複合材料的表面組成分析， 特別適合科研開發中進行快速初步檢測。

四、FTIR ATR 與傳統 FTIR 差異比較

雖然 FTIR ATR 與傳統 FTIR 都屬於傅立葉轉換紅外光譜技術，但兩者在樣品準備方式、測量深度、靈敏度與適用範圍等方面，存在明顯差異。以下是針對常見比較項目的整理：

由於 ATR 對樣品需求低，亦可應用於奈米粉末、薄膜或複合材料的表面組成分析， 特別適合科研開發中進行快速初步檢測。

總結來說，FTIR ATR 更適合日常快速分析與不破壞樣品的情境，尤其是在工廠現場、品管實驗室中極具優勢；
而傳統 FTIR 透射法則在高靈敏度、精準定量上仍具備不可取代的地位。 透過理解這些差異，使用者可以根據實際需求，選擇最適合的 FTIR 分析模式，以達到最佳分析效率與準確性。

1. 傳統比色皿型 vs 超微量型（Nano型）

傳統 FTIR 儀器通常使用比色皿（cuvette）來進行液體樣品分析，需較大量樣品（通常數百 μL 以上）， 操作前還必須清洗與準備容器。而 ATR 技術所支援的超微量型 FTIR 儀器（又稱 Nano 型）可只需 1–2 μL 的樣品量， 直接滴於晶體表面即可完成測量，大幅降低樣品耗量並提升分析效率。

此類儀器特別適合珍貴樣品、試劑有限的實驗，以及生物樣品（如蛋白質溶液、血液）的快速檢測。

2. 單波長 vs 多波長分析儀

早期 FTIR 儀器多以單一波長掃描方式為主，無法同時獲取完整光譜資料，分析速度與解析度均受限。 而現代 FTIR ATR 採用傅立葉轉換技術，可同時捕捉多波長（全頻譜）資料，並透過數學轉換還原完整光譜。

這種「全波段即時擷取」的優勢，使得 ATR FTIR 能在數秒內完成高靈敏度、多成分的快速定性分析， 非常適合現場快速判別與製程監控。

3. 桌上型 vs 手持式（便攜型）

傳統 FTIR 儀器體積龐大，多數需安裝於實驗室中，適合固定樣品與高解析度分析。 然而隨著 ATR 技術的模組化發展，市場上出現許多便攜式或手持型 FTIR ATR 儀器， 體積小巧、可電池驅動，並內建觸控螢幕或藍牙連接功能。

這些手持型裝置特別適用於現場快速篩檢，例如海關查驗、藥品辨識、建材成分鑑定等， 成為工業現場與第一線檢測的重要工具。

五、選購 FTIR ATR 儀器前要注意什麼？

選購 FTIR ATR 儀器時，不只是挑選品牌與價格，更需要根據實際應用需求，考量 ATR 元件、分析靈敏度、 樣品型態支援度等多項因素。以下是幾項選購建議與重點：

1. ATR 晶體材質選擇

ATR 晶體是儀器的核心接觸面，常見材質有：

• ZnSe（硒化鋅）：最常見，價格適中，適用於大部分樣品，但對強酸鹼較不耐。
• Ge（鍺）：適用於高折射率樣品與表面分析，但對機械衝擊較敏感。
• Diamond（鑽石）：最耐用，可分析硬樣品與腐蝕性液體，但價格昂貴，適合高頻率使用者。

選購時須根據樣品特性選擇適當材質，才能兼顧分析效果與成本控制。

2. 樣品適用性

確認樣品為粉狀、液狀、片狀(氣狀不適用)：

• 粉體的顆粒大小，越細緻貼合晶體效果越好，則光譜品質隨之提升
• 液狀樣品無須加壓，需注意在晶體上的殘留是否清潔完成
• 片狀樣品盡量找平整面與晶體貼合，貼合晶體效果越好，則光譜品質隨之提升

3. 預算與品牌評價

市面上常見的ATR 儀器品牌包括：

• PIKE（美國）：價格親民，選擇性多
• HARRICK（美國）：學術單位愛用品牌
• SPECAC（英國）：價格較親民，商業用戶偏好

4. 售後服務與耗材支援

ATR 晶體為消耗品，需定期更換，因此建議選擇支援完善、維修方便的品牌與代理商，才能保障長期使用效益。

六、FTIR ATR 分析的常見問題與解答（FAQ）

在使用 FTIR ATR 進行分析時，許多使用者常會遇到一些操作與效能相關的問題。以下彙整常見疑問與實用建議， 幫助你有效提升分析品質：

Q1：FTIR ATR 適用於多厚的樣品？

FTIR ATR 的紅外光僅會穿透樣品表面約 1–2 微米，因此樣品厚度並非關鍵。 重要的是樣品必須平整且能與 ATR 晶體完全貼合，才能獲得清晰的光譜訊號。

Q2：為什麼光譜訊號偏弱或失真？

訊號弱通常是因為：

• 樣品表面與晶體接觸不良（施壓不足或表面不平）
• 樣品吸收性低或含水量高
• ATR 晶體老化、污染或損傷

建議檢查樣品接觸情況，並定期清潔或更換 ATR 晶體。

Q3：FTIR ATR 可以進行定量分析嗎？

FTIR ATR 以定性分析為主。雖然可透過建立校正曲線進行半定量分析， 但若需高精度定量，仍建議使用傳統透射法搭配標準曲線。

Q4：如何清潔 ATR 晶體才不會損傷？

可使用無水酒精或中性溶劑搭配無塵擦拭布輕拭晶體表面。 切勿使用強酸鹼或刮擦性工具，以避免晶體受損影響測量結果。

Q5：液體樣品能直接分析嗎？有什麼注意事項？

可以直接滴在 ATR 晶體上，但需控制量避免溢流。若為揮發性樣品， 建議使用封閉樣品架或加蓋裝置，提升穩定性與安全性。

七、結語：為什麼 FTIR ATR 是現代實驗室不可或缺的分析利器？

FTIR ATR 結合了傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）的高靈敏度與衰減全反射（ATR）技術的高效率， 成功克服了傳統 FTIR 在樣品前處理與操作便利性上的限制。 它讓使用者能夠直接分析各種樣品的表面化學組成，無需研磨、壓片或特殊準備，節省大量時間與人力成本。

不論是化學材料研發、藥品檢驗、食品成分分析，還是法醫鑑識與環境監控， FTIR ATR 都能提供快速、可靠且非破壞性的光譜資訊。 再加上 ATR 配件已廣泛整合至各大品牌的 FTIR 系統中， 使其成為實驗室日常分析工作的首選工具之一。

在面對樣品多樣性與分析效率雙重挑戰的今天， FTIR ATR 所展現的靈活性與穩定性，使它不只是儀器，更是實驗室中不可或缺的得力助手。