Kann man die ATR-Technik auch im NIR-Spektralbereich nutzen?

Die ATR-Techniken sind heute vielfach die Methoden der Wahl, wenn es um schnelle Routinemessungen ohne Probenvorbereitung geht. Egal, ob flüssige oder viskose Proben, Pulver oder kompakte Festkörper, es lassen sich stets zuverlässige Ergebnisse erzielen. Allerdings sieht man den Einsatz der ATR-Techniken immer nur im Zusammenhang mit dem mittleren IR-Spektralbereich. Warum werden sie nicht auch im nahen IR-Spektralbereich genutzt? 

Mithilfe von Infrarotstrahlen lassen sich die Atome über ihre Bindungen in einem Molekül zu Schwingungen anregen. Die hierzu benötigte Energie hängt u.a. von der Masse der beteiligten Atome sowie der räumlichen Lage zueinander ab. Dabei gilt, daß immer nur ganz spezifische Energiemengen absorbiert werden: Die Mindestmenge zur Anregung nennt man Grundschwingung, ganzzahlige Vielfache davon werden Oberschwingungen genannt. Allerdings treten die Oberschwingungen mit stark abnehmender Intensität auf, d.h. je größer das ganzzahlige Vielfache, desto geringer die Intensität der jeweiligen Oberschwingung bis zu dem Punkt, daß sie nicht mehr wahnehmbar ist.

Das Spektrum der Abbildung 1 zeigt Polyethylen im Spektralbereich von 500 cm^-1 (20 µm) bis 10.000 cm^-1 (1 µm). Der blaue Bereich repräsentiert den mittleren IR-Spektralbereich bis 4000 cm^-1 (2,5 µm), der rote Bereich den nahen IR-Spektralbereich ab 4000 cm^-1 (2,5 µm). Während im mittleren IR-Spektralbereich starke Absorptionsbanden der CH-Schwingungen zwischen 2700 cm^-1 und 3000 cm^-1 erkennbar sind, zeigt sich bei ca. 4500 cm^-1 nur noch eine sehr schwache Absorptionsbande, die der ersten Oberschwingung zuzuordnen ist. Irgendwelche Oberschwingungen höherer Ordnung sind garnicht mehr erkennbar.

Neben der grundsätzlich abnehmenden Intensität von Oberschwingungen kommt eine weitere Ursache hinzu: Die Eindringtiefe der IR-Strahlung in die Probe nimmt bei der ATR-Technik mit steigender Wellenzahl (fallender Wellenlänge) ab, wodurch auch die Intensität der Absorptionsbanden nochmals abnimmt. Die beiden Spektren eines Co-Polymers in der Abbildung 2 zeigen diesen Effekt: Das rote Spektrum stammt von einer ATR-Messung, das blaue Spektrum stammt von einer Messung in Transmission. Im Gegensatz zur ATR-Messung legen im Fall der Transmissions-Messung alle Wellenlängen die selbe Weglänge in der Probe zurück.