Méthode de réflexion à haute sensibilité
La spectroscopie infrarouge intègre diverses méthodes de mesure, y compris la méthode de transmission, la méthode de réflexion diffuse et la méthode ATR. Cependant, une méthode de réflexion est nécessaire pour mesurer les substances adhérées ou appliquées sur un matériau qui ne permet pas la transmission de la lumière, comme une feuille de métal.
Les mesures de réflexion incluent l'irradiation infrarouge sous un angle d'incidence presque vertical pour déterminer la réflectance d'un matériau, et l'irradiation infrarouge sous un angle d'incidence presque horizontal pour analyser de fines couches d'échantillons (films minces) sur un substrat métallique, par exemple. La dernière méthode est normalement appelée méthode de réflexion à haute sensibilité ou spectrométrie d'absorption par réflexion (RAS).
(1) Principe de la Méthode de Réflexion à Haute Sensibilité
La méthode de réflexion à haute sensibilité est appliquée aux échantillons adhérés ou appliqués sur un substrat métallique, comme montré à la Fig. 1. Plusieurs pour cent de la lumière incidente sont réfléchis par la surface de l'échantillon, tandis que 90 % ou plus de la lumière résiduelle passe à travers l'échantillon et atteint le substrat. Comme presque 100 % de la lumière infrarouge est réfléchie par le substrat, elle passe à travers l'échantillon à nouveau avant la mesure. Comme la lumière infrarouge passe à travers l'échantillon deux fois, le spectre produit est presque identique à un spectre de transmission. Pour les échantillons de films minces, l'intensité d'absorption est faible pendant cette double transmission et devient inappropriée pour l'analyse.
La méthode de réflexion à haute sensibilité est utilisée pour mesurer de tels films minces. La Fig. 2 montre le système optique utilisé dans la méthode de réflexion à haute sensibilité. Comparé à la Fig. 1, l'angle d'incidence est grand, de sorte que la distance de transmission est plus longue à travers un échantillon de même épaisseur. Il est facile de voir que la distance de transmission est devenue plus longue. Cependant, la sensibilité de la méthode de réflexion à haute sensibilité augmente de plus que l'effet de cette distance. Cette augmentation de sensibilité est décrite ci-dessous.
Fig. 1 Mesure de l'Échantillon sur une Feuille de Métal
Fig. 2 Optique pour la Spectrométrie de Réflexion à Haute Sensibilité
Fig. 3 Mesure par Lumière Polarisée
La Fig. 3 montre un exemple d'un substrat métallique irradié par deux types de lumière polarisée linéaire. La lumière polarisée perpendiculairement et la lumière polarisée parallèlement peuvent être définies comme suit. Supposons que le plan incident est formé par une ligne perpendiculaire au substrat et la ligne incidente. Alors, la lumière qui oscille dans ce plan est la lumière polarisée parallèlement, tandis que la lumière qui oscille perpendiculairement au plan est appelée lumière polarisée perpendiculairement.
Lorsque la lumière infrarouge frappe le métal et est réfléchie, un changement se produit dans la phase d'oscillation et une onde stationnaire est générée à la surface du métal. Ces ondes stationnaires sont les mêmes phénomènes qui se produisent dans les roues à basse pression lors de la conduite à grande vitesse. Elles peuvent être considérées comme des "battements" dans la lumière infrarouge à la surface du métal. Ces battements sont générés en raison de la différence de phase entre la lumière incidente et la lumière réfléchie. Dans la lumière polarisée perpendiculairement, ces différences de phase s'annulent, de sorte que la taille de l'onde stationnaire ("battements") est presque nulle. Par conséquent, cette lumière n'est pas utile pour mesurer les films minces. Avec la lumière polarisée parallèlement, cependant, les changements de phase s'ajoutent dans la direction ascendante et créent une grande onde stationnaire ("battements"). Cela est absorbé par le film mince sur la feuille de métal et est utile pour les mesures. L'amplitude de l'onde stationnaire peut être augmentée en augmentant l'angle d'incidence. Normalement, un angle d'incidence entre 75° et 85° est utilisé, bien qu'il diffère selon le type de substrat métallique et le type de film mince organique. Comme la mesure à haute sensibilité pour les films minces peut être effectuée avec l'angle d'incidence accru, cette méthode est appelée "méthode de réflexion à haute sensibilité." Comme seule la lumière polarisée parallèlement affecte l'absorption par l'échantillon, l'utilisation d'un polariseur pour les mesures augmente la taille apparente du pic. Des informations sur l'orientation de l'échantillon peuvent également être acquises, car seuls les groupes fonctionnels ayant un moment dipolaire perpendiculaire par rapport à la feuille de métal sont mesurés. Cependant, de telles augmentations de sensibilité ne sont disponibles qu'avec un substrat métallique. Soyez conscient que de telles réflexions à haute sensibilité ne se produisent pas sur un substrat en verre ou en plastique.
(2) Accessoire de Mesure de Réflexion à Haute Sensibilité
La Fig. 4 montre l'apparence de l'accessoire de mesure de réflexion à haute sensibilité RAS-8000. La Fig. 5 montre le système optique. Il offre normalement un angle d'incidence moyen de 70°, mais un angle d'incidence moyen de 75° peut être sélectionné en attachant la plaque de protection de la lumière. L'échantillon est monté en le plaçant simplement face vers le bas. L'aluminium ou un miroir déposé par vaporisation est normalement utilisé comme référence.
Fig. 4 Apparence du RAS-8000
Fig. 5 Système Optique de l'Accessoire de Mesure de Réflexion à Haute Sensibilité RAS-8000
(3) Exemples de Mesures
Fig. 6 Spectre Infrarouge à Haute Sensibilité d'un Film Monomoléculaire sur un Miroir en Or
La Fig. 6 montre un exemple de mesure par la méthode de réflexion à haute sensibilité. L'échantillon est un film monomoléculaire d'acide stéarique de 25 Å d'épaisseur formé sur un miroir en or. Le spectre a été mesuré à un angle d'incidence de 80° sans polariseur. Un spectre infrarouge clair a été obtenu, même à partir d'un film aussi extrêmement mince.
