穿透式/ATR/反射式FTIR技術比較與FTIR顯微成像分享

談過FTIR原理後，今天來談談FTIR的量測技術。FTIR指的是以傅立葉轉換法進行數據收集運算的紅外線光譜儀，如果要在更進一步細分下去，其實FTIR還可以分為三種不同的量測方式：穿透式、反射式與ATR(衰減全反射)，這些技術都基於FTIR基本原理去獲取數據，但紅外線光譜產生並不相同，因此適用的樣品也略為不同，本次分享的內容會先從這三種技術說起，讓各位可以更加瞭解FTIR光譜儀的細節，了解開如何選擇適合您樣品的量測技術，另外再加碼分享近年來更加新穎的應用：顯微FTIR與FTIR成像技術。

穿透式技術是最原始的紅外線量測技術。當紅外線穿透樣品，樣品會吸收部分紅外線，剩餘的紅外線穿過樣品並被探測器接收，並藉由軟體轉換為穿透式紅外線光譜，運作邏輯十分簡單易懂。

雖然運作邏輯簡單，但實際操作起來未必如此方便。舉例，若樣品因為太厚，穿過樣品後剩下的紅外線會過少，會讓圖譜品質變差；或是樣品為粉末狀，紅外線可能無法穩定穿過樣品，影響實驗再現性。為了避免這些測量問題，樣品需要處理過才能分析，像是切薄、打錠或稀釋等，根據樣品型態不同，處理方式也會不同，以下為幾種常見的樣品型態與處理方式：

所以FPA探測器可以提供最高品質且快速的FTIR成像，其他兩種探測器則是較為經濟的取代方案。

以FPA探測器為例，無論是穿透式、反射式、還是ATR，都可以完美結合，因此原則上可適用於所有樣品，但氣體、液體與揮發性物質，由於其動力學特性，無法進行微觀分析。更具體來說，這種成像技術常應用於塑膠微粒、顆粒或汙染，也可用於複雜化學結構的分析，像是生物組織、藥物產品、多層薄膜與漆的研究；簡單來說，由於FTIR成像的空間解析度高，對於大區域的樣品分析來說，無可取代。

下圖為小鼠腸道的組織分析，量測其蛋白質、碳水化合物與脂肪的分佈調查：

根據實驗需求，FTIR具有三種量測技術：穿透式、反射式與ATR(衰減全反射)；由於不需樣品前處理且方便清潔，ATR已經是現在FTIR的主流量測技術，但在特殊領域中(例如氣體樣品、或藝術品分析等)，穿透式與反射式仍佔了一席之地。

顯微FTIR與FTIR成像是近年來被關注的議題，將顯微鏡與FTIR結合所創造出來的顯微FTIR，就算樣品小於10μm，仍可以進行FTIR分析，無論是現在世人關注的塑膠微粒汙染研究，或者是先進材料上的細小瑕疵，都可以藉由顯微FTIR進行精準鑑定；不只如此，若將FTIR與FPA焦平面陣列探測器結合，更能以每秒900張圖譜以上的速度進行FTIR成像，並將分析結果轉化成清晰的化學圖像，大面積的樣品分析來說是一大利器。