Метод нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).

Метод основан на физических явлениях, которые возникают при отражении света на границе раздела двух сред с разной оптической плотностью. Когда свет, проходя через среду с относительно высоким показателем преломления (кристалл НПВО) падает на границу раздела со средой с меньшим показателем преломления (образец) под углом падения больше критического (предельный угол полного отражения), то излучение от этой граничной поверхности отражается почти полностью. Однако даже при полном отражении излучение всё же проникает в граничащую с кристаллом среду на небольшую глубину. Глубина проникновения светового луча в пробу является функцией длины волны, показателей преломления кристалла и исследуемого вещества и угла падения. В зависимости от того, поглощает или не поглощает излучение соседняя среда, то есть в данном случае образец, изменяется интенсивность отражённого света. В результате получается спектр отражения, подобный спектру пропускания. В этом спектре волновые числа, при которых происходит специфичное для данного вещества поглощение, будут такими же, как при измерении в проходящем свете.

Анализируемое вещество размещается в соответствующем держателе в непосредственном контакте с поверхностью кристалла, обладающего высоким коэффициентом преломления. Обязательным условием нарушенного полного внутреннего отражения является оптический контакт образца с кристаллом. С помощью прижимного устройства можно достаточно сильно придавить неровную или порошкообразную пробу к кристаллу. Свет от источника излучения попадает в кристалл с плоскими параллельными гранями. Угол падения луча выбирается таким образом, чтобы эффект НПВО возникал именно на этих гранях. После многократных отражений излучение выходит из кристалла и возвращается в прибор. Глубина проникновения излучения вглубь образца зависит от длины волны, коэффициента преломления кристалла и угла падения луча на поверхность (Рис. 12).

Кристалл, используемый в НПВО спектроскопии, должен иметь большой коэффициент преломления. В общем случае, коэффициент преломления кристалла должен быть больше, чем коэффициент преломления исследуемого образца. Алмаз идеально подходит для спектроскопии НПВО по своим химическим и физическим свойствам. Он не подвержен действию сильных кислот, щелочей, окислителей и других химических веществ, что позволяет работать с любыми веществами. Абразивная стойкость алмаза делает возможным съёмку, твёрдых порошков без повреждения алмазного окна. Единственным недостатком алмаза является его цена, поэтому алмаз используется в небольшом количестве в окне приставки НПВО. Остальная часть кристалла для НПВО представлена кристаллом селенида цинка, который сходен с алмазом по значению коэффициента преломления и при этом намного дешевле, что делает его экономически выгодной заменой алмазу.

Существует множество типов приставок для снятия спектров НПВО, однако наиболее удобными и распространёнными являются приставки горизонтального типа, которые позволяют легко анализировать как жидкие, так и твёрдые образцы различного состава. Приставка представляет собой металлический столик для образцов с алмазным окошком в центре (Рис. 13) и прижимное устройство (винт), которое обеспечивает хороший контакт материала образца с кристаллом алмаза. Общий вид приставки изображён на фотографии рис. 14. Приставка НПВО монтируется на ИК-спектрометре.

Одним из преимуществ НПВО-спектроскопии является то, что она не требует особой пробоподготовки. Если образец сильно крупнодисперсный, то может потребоваться его измельчение перед анализом. Образец в виде порошка помещают на алмазное окно в центре приставки. Прижимной винт подводят в положение над центром алмазного окна. Медленным и равномерным вращением прижимного винта добиваются необходимого давления на образец. После этого производится съёмка спектра.

После завершения съёмки, вещество образца со столика утилизируется или сохраняется для дальнейшего использования. Детали столика необходимо тщательно протереть этиловым спиртом до полного удаления следов образца с их поверхностей. Все действия с деталями приставки производятся в резиновых перчатках или напальчниках.

Техника нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) позволяет исключить необходимость использования кювет и пластинок KBr при спектроскопии жидких и твёрдых образцов.