طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش-بازتاب منظم- طیف بینی مولکولی- آنالیوم

طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش (infrared reflection-absorption spectroscopy) با نام اختصاری IRRAS یک تکنیک قوی و مفید در مطالعات فیلم های نازک محسوب می شود. این روش از انواع بازتاب منظم (Specular) است. در بعضی منابع قدیمی تر از این روش به طیف سنجی منظم انعکاسی (Specular reflectance spectroscopy) نیز نام برده می شود.

بازتاب منظم بر اساس بازتاب خارجی است که به صورت بازتاب آینه ای (mirror-like reflection) از سطح صیقلی نمونه اتفاق می افتد. بازتاب منظم (Specular) که به بازتاب متقارن (regular) نیز شناخته می شود فرایندی ست که پرتو تابشی بر یک سطح با زاویه برابر ولی در طرف مقابل بازتاب می یابد. در واقع بازتابش تصویر آینه ای پرتو تابشی ست به همین علت به آن بازتاب آینه ای هم می گویند. این تکنیک در سال 1960 معرفی شد.

پرتو تابشی متمرکز شده بر سطح نمونه ممکن است توسط سطح صاف و صیقلی نمونه بازتاب داده شود. طیف سنجی بازتابی منظم بر اساس بازتاب نور منظم از سطح صیقلی نمونه و آنالیز آن است. شکل 1 بازتابش منظم را در دو نما نشان می دهد.

طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش -بازتابش منظم را دو نما — **شکل ‏1** بازتاب منظم (Specular) در دو نما

برای انجام بازتاب منظم سطح نمونه باید مانند آینه صاف باشد و بی نظمی های سطح در مقایسه با طول موج تابشی کوچک باشد و تابش در زاویه مشخص انجام شود. در واقع زاویه تابش و زاویه بازتابش با هم برابر هستند.به همین دلیل به این روش بازتاب آینه ای نیز می گویند. در مقایسه بازتاب نفوذی در سطوح زبر اتفاق می افتد و پراکندگی آن در تمامی جهات است.

دستگاهوری طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش

برای نمونه برداری بازتابش منظم از سطح نمونه نیاز طراحی نوری و لوازمی ست که بتواند نور بازتابشی در یک زاویه برابر با زاویه تابش جمع آوری کند. زاویه تابش که برابر با زاویه بازتابش است در محدوده 80-20 درجه است.

برای نمونه های با سطح صاف و صیقلی زاویه تابش و بازتابش باهم برابر است و پرتو بازتاب شده خصوصیات پولاریزاسیون پرتو تابشی را در خود دارد. برای سطوح صاف پرتو بازتابش اندازه گیری می شود. برای نمونه های لایه نازک (0.5-20 µm) زاویه بین 60-20 درجه می تواند باشد و طیفی مشابه طیف IR عبوری می دهد.

برای نمونه های با تک لایه مولکولی (Monomolecular layers) زاویه بین 85-60 درجه و طیف به دست آمده تابعی از ضریب شکست (refractive index) هستند. برای نمونه های لایه نازک جذب-بازتابش (reflection–absorption) اندازه گیری می شود و طیف مشابه طیف جذبی مشتقی (derivative shape) است. در اندازه گیری جذب-بازتابش یا به اختصار Transflectance بخشی از پرتو از حدواسط نمونه و ماده بازتابش می شود و طیف بازتابش منظم به وجود می آورد و بخش دیگر از نمونه عبو کرده به ماده انکساری یا بازتابنده می رسد و بازتابش می شود (شکل 2) نمونه باید بازتابنده (reflective) باشد و یا بر روی سطوح بازتابنده (reflective surface) قرار داشته باشد.

طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش-جذب-بازتابش یا (Transflectance) و بازتاب منظم (Specular) — شکل ‏2 جذب-بازتابش یا (Transflectance) و بازتاب منظم (Specular)

نام های متفاوتی با کلمات اختصاری (RAIRS (Reflection–Absorption Infrared Spectroscopy و IRAS برای این روش در منابع استفاده می شود.

طیف سنجی بازتابی و جذب مادون قرمز یا IRRAS حساسیت کمی دارد. و چون هم برای نمونه و هم ماده مرجع باید طیف گیری انجام شود زمان آنالیز نمونه طولانی ست. گونه های اتمسفری مانند آب و دی اکسید کربن بر روی طیف IRRAS و نتایج آنالیز تاثیر زیادی می گذارند. روش IRRAS به خواص نوری فیلم نازک یا بستر (substrate) نمونه و زاویه تابش پرتو IR وابسته است. با همه موارد فوق روش IRRAS برای آنالیز و شناسایی ساختار مولکولی یک فیلم بسیار نازک روی بسترهای فلزی با ضخامت در محدوده آنگستروم روش مفیدی است. با این حال، همیشه نیاز به آنالیز و اندازه گیری با حساسیت بیشتر و همچنین روش هایی نوین با عملکرد و کارایی بیشتر همواره وجود دارد.

نکات روش IRRAS

نمونه باید بازتابنده (reflective) باشد و یا بر روی سطوح بازتابنده (reflective surface) قرار داشته باشد.
مخصوص آنالیز لایه های نازک (thin layers) و تک لایه های مولکولی است.
طیف به ضریب شکست و طول موج جذبی نمونه بستگی دارد.
طیف IRRAS تعداد پیک های کمی نیز دارد و برای به دست آوردن طیف معمولا به زمان جمع آوری (accumulation time) طولانی نیاز دارد.