Reflectancia total atenuada

La reflectancia 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 ]}

La ATR utiliza una propiedad de reflexión interna total que da como resultado una onda evanescente . Un haz de luz infrarroja (IR) se hace pasar 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 dentro de 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 del medio que se está analizando. ^{[ 2 ]} El número de reflexiones puede variarse modificando el ángulo de incidencia. El haz es recogido por un detector al salir del cristal. La mayoría de los espectrómetros infrarrojos modernos pueden convertirse para caracterizar muestras mediante ATR montando el accesorio ATR en el compartimento de muestras del espectrómetro. La accesibilidad, el rápido procesamiento de las muestras y la facilidad de uso de la ATR con la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) han propiciado su uso generalizado por la comunidad científica.

Este efecto evanescente solo funciona si el cristal está hecho de un material óptico con un índice de refracción mayor que el de la muestra estudiada. De lo contrario, la luz se pierde en la muestra. En el caso de una muestra líquida, basta con verter una pequeña cantidad sobre la superficie del cristal. En el caso de una muestra sólida, las muestras se sujetan firmemente para asegurar 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 del recorrido óptico de la luz, que atenúa la intensidad. Por lo tanto, no se puede afirmar de forma general que un mayor número de reflexiones proporcione una mayor sensibilidad.

Los materiales típicos para cristales ATR incluyen germanio , KRS-5 y seleniuro de zinc , mientras que el silicio es ideal para su uso en la región del infrarrojo 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 relación señal/ruido en esta región. ^{[ 3 ]} 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, que se ve en sección transversal en las ilustraciones. Otras geometrías utilizan prismas, semiesferas o láminas delgadas.

La espectroscopia infrarroja (IR) por ATR es aplicable a los mismos sistemas químicos o biológicos que el método de transmisión. Una ventaja de la ATR-IR sobre la transmisión-IR es la longitud de trayectoria limitada dentro de 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 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 infrarrojo medio.

Recientemente, la ATR-IR se ha aplicado a flujos microfluídicos 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, ^{[ 4 ]} o en celdas de flujo dedicadas. ^{[ 5 ] [ 6 ]} 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. ^{[ 7 ]} La capacidad de caracterizar muestras pasivamente, sin preparación de la muestra, también ha llevado al uso de ATR-FTIR en el estudio de evidencia traza en la ciencia forense .

La espectroscopia ATR-FTIR también se utiliza como herramienta en la investigación farmacológica para estudiar en detalle las interacciones proteína/fármaco. Las proteínas hidrosolubles que se van a investigar requieren etiquetas de polihistidina , lo que permite anclar la macromolécula a una bicapa lipídica, que a su vez está unida a un cristal de germanio u otro medio óptico adecuado. La reflexión interna con y sin fármaco o ligando aplicado producirá espectros diferenciales para estudiar los cambios conformacionales de las proteínas tras la unión. ^{[ 8 ]}

• Resonancia de plasmones superficiales

• Harrick, NJ (1967). Espectroscopia de reflexión interna . John Wiley & Sons Inc. pág.  342. ISBN 978-0-470-35250-2.
• Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) . nuance.northwestern.edu . Centro Experimental de Caracterización Atómica y a Nanoescala de la Universidad Northwestern . Archivado del original el 24 de mayo de 2014.