CN108351298A - Atr反射元件和atr光谱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及ATR反射元件，其包括具有第一有效折射率n1的主体和传输层，该传输层包括第一层边界和相对的第二层边界，其中传输层设计和配置成通过第二层边界摄取流体，其中传输层邻接主体，其中传输层与主体之间的边界由第一层边界形成，其中传输层在第二层边界处具有第二有效折射率n2，其中第一有效折射率n1大于第二有效折射率n2且第二有效折射率n2大于1，其中第一有效折射率n1和第二有效折射率n2在每种情况下均在IR波长λATR处在25℃的真空中确定，其中λATR从2μm至20μm的波长范围中选取。另外，本发明涉及包括所述ATR反射元件的ATR光谱仪以及ATR光谱方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于加强ATR-IR光谱中的吸收信号的ATR反射元件、具有ATR反射元件的ATR光谱仪、ATR光谱方法和用于所述ATR反射元件的生产方法。
背景技术
衰减全反射红外光谱(下文以缩写形式称为ATR)是已建立的、广泛使用的用于分析分析物和流体的方法，具体地，用于分析主要是非透明的物质，换言之，妨碍或阻止标准传输测量的物质。
ATR光谱仪和用于红外光谱的结构经常使用所谓的ATR反射元件。根据它们所基于的物理效应，这些元件对所使用的辐射必须比待测试的介质具有更高的折射率。ATR反射元件通常具有用于耦合使用的辐射的表面区域和用于解耦使用的辐射的表面区域。另外，它们具有用于与待测试的介质相接触的表面区域。全反射在后面的表面区域上发生。此处ATR反射元件可设计为单反射元件或多次反射元件。
ATR反射元件由对所使用的辐射具有高折射率的材料制造。通常，使用硒化锌、金刚石、溴碘化铊、AMTIR、锗或硅。
在上述ATR反射元件旁边，ATR光谱仪经常具有辐射源和用于所反射的辐射的检测器，其中，辐射源例如为红外激光器和/或黑体辐射计(灼热丝)，检测器具有用于对测量进行可视化、处理和评估的下游电子设备。
红外光谱的应用的广泛领域要求发展越来越有效率的ATR反射元件。通常，大量的反射导致更强的吸收信号，尽管辐射未必衰减到信噪比阻止信号的分析的程度。根据ATR反射元件所使用的材料，因此其还有利于通过ATR反射元件使光学通道保持尽可能的短，以减少ATR反射元件本身的辐射吸收。同时，当开发新的ATR反射元件时，通过具有比较短的辐射通道的介质实现高的吸收是重大挑战中的一个。
在DE 10 2004 045 902 B4中，具有高折射率的薄透明层布置在具有较低折射率的基底上，以缩短光学通道长度。经由基底，辐射耦合到薄层中。在所述薄层中，辐射在边界上经历多次全反射到待测试的介质和基底上。由于该层的厚度较低，尽管有大量的反射，但是通过ATR反射元件使光学通道保持较短。
US 6,128,091A的主题是用于测量血液组分(例如，测量血糖)的反射元件。出于这个目的，在表面上布置所谓的突出部，该突出部旨在改善接触，例如与测试人员的嘴唇的接触，并且能够穿透反射元件与嘴唇之间的唾液。在一个实施方式中，反射元件设计为三次反射元件。
反射数量与光学通道长度之间的妥协是ATR反射元件设计中的决定性特性，特别是在测试弱的吸收样品时。较高的信噪比显著提高了测量的精度以及缩短了必要的测量时间。
本发明的目的在于克服现有技术的缺点。具体地，本发明的目的是提高信噪比以及从而相较于标准ATR反射元件提高效率，具体地当测量弱的吸收样品时。
发明内容
该目的通过ATR反射元件(具体地，ATR-IR反射元件)来达到，该ATR反射元件包括具有第一有效折射率的主体和传输层，其中，传输层包括(具体地，平坦的)第一层边界和相对的第二层边界，第二层边界优选地与第一层边界平行，其中，传输层被设计和配置成通过第二层边界摄取流体，具体地，传输层中的第二层边界可渗透流体，其中，传输层邻接主体，具体地，传输层邻接主体的第一边界表面区域，其中，传输层与主体之间的边界由第一层边界形成，其中，传输层在第二层边界处具有第二有效折射率，其中，第一有效折射率大于第二有效折射率且第二有效折射率大于1。第一有效折射率和第二有效折射率每个均在波长λATR下在25℃的真空中确定，其中，λATR从2μm至20μm的波长范围中选取。因此，对于所述波长范围的至少一个波长，ATR反射元件满足上述特性。在有利的设计中，特性对于从2μm至20μm的波长范围的波长均是满足的。
在不受上述描述约束的情况下，对本发明的第一设计观察的结果，具体地测量信号的出乎意料地明显加强，与下列可能的机制相结合。如果流体施加在传输层上，具体地施加在测量层上，则这通过第二层边界渗入所述传输层。在测量程序期间从主体外部渗入传输层的电磁辐射通过流体和/或通过分析物经历传递，其中，流体和/或分析物在穿过传输层时已被带进具有流体的传输层中。电磁辐射的部分伴随有根据流体的激发态或根据包含在流体中的分析物的激发态吸收的上述传递，其中，这种吸收有助于测量信号。分析物或多种分析物是包含在样品或流体中的物质，在测量期间应当经由分析物或多种分析物应做出陈述，即具体地，应确定它们的吸收光谱的分子或分子混合物。在测量之前将流体去除也是可行的，并且仅剩余待测试的分析物或多种分析物。例如，可以使用包含分析物的流体，其中，流体在测量之前蒸发。在这种情况下，在测量期间电磁辐射的传递仅通过传输层内的分析物来实现。自然地，诸如气体的流体本身也可以是测量的对象。在第二层边界上发生电磁辐射的全反射，其中，电磁辐射的吸收通过消散波与流体和/或分析物在第二层边界外的相互相用而发生。因而，由于全反射，电磁辐射的吸收与标准ATR反射元件类似地发生。在传递期间经由流体和/或通过摄取的分析物的如上所述的附加的令人惊讶的吸收，导致相较于标准ATR反射元件吸收信号显著增强，其中，标准ATR反射元件仅基于全反射期间的吸收。因此假设技术效果是基于传递期间的吸收与光的全反射期间的吸收的令人惊讶的组合。
通常，第一边界表面区域与第一层边界平行延伸。第一个描述主体的对应侧面区域，而后者涉及传输层的边界，其中，传输层的边界邻接第一边界表面区域。传输层从而在第一边界表面区域上与所述边界表面区域接触或邻接所述边界表面区域。在本发明的意义上，边界表面区域是主体的边界表面，并且从而与主体的其它边界表面区域一起确定其扩张和形式。优选地，主体的不同边界表面区域是平坦的以及具体地相连接的。
在本发明的意义上，IR辐射是具有在780nm至1mm的波长范围内的波长的电磁辐射，其中，优选地，是指2μm至20μm的波长区。在本发明的意义上，光应等同于电磁辐射。光或电磁辐射优选地认为是IR辐射，具体地处于2μm至20μm波长范围内的IR辐射。
在本发明的意义上，传输层是电磁辐射(优选地，IR辐射)通过的层，特别优选的2μm至20μm波长范围内的IR辐射可以至少成比例地或占优势地进行传输。常规的主要IR透明材料(例如，可以形成传输层)是充分已知的。优选地，在本发明的意义上，当该层具有1mm的层厚度以及光沿着边界表面的表面法线或传输层的表面辐射时这是传输层，在测量期间2μm和/或20μm波长的IR光的大部分，具体地至少50％，优选地至少75％在真空中传播。
已证明，建立用于耦合和解耦所使用的电磁辐射的边界表面区域是有利的，以减少在进入ATR反射元件时光或其辐射的反射损耗。这些可包括相同的边界表面区域或可以布置成彼此间隔开。在一个设计中，设置有用于耦合的两个边界表面区域以及设置有用于解耦的第三边界表面区域，其中，这些边界表面区域优选地彼此间隔开。然而，设置用于耦合和解耦的第二边界区域也是可行的。在一个变型实施方式中，第二边界区域与第三边界区域之间的最小距离大于第二边界区域和第三边界区域的各自最大扩张。当所述第二边界区域和第三边界区域在不同方向上倾斜时也是优选的，具体地考虑在与第二层边界正交的平面上。具体地，当第二边界表面区域和第三边界表面区域为平面时是优选的，以使得可以为它们分配数学平面，其中，这些平面优选地一起延伸并在将发现主体的第二层边界的侧面上相交。
具体地，当ATR反射元件具有主体的用于耦合电磁辐射的至少一个第二边界表面区域和主体的用于解耦电磁辐射的至少一个第三边界表面区域时是优选的，这些边界表面区域优选地布置成与传输层和/或第一边界表面区域相对。
在进一步的实施方式中，第二边界表面区域和第三边界表面区域平行布置，特别优选地布置在相同的数学平面内。在进一步的设计中，第二边界表面区域和第三边界表面区域不平行布置，而是具有偏斜倾角。当辐射在第三边界表面区域上从ATR反射元件退出时，后一种设计能够更有效地防止全反射。
在一个有利的实施方式中，第一层边界和第二层边界平行布置，具体地以平面平行的方式进行设计。这有助于计算光束通道，并确保均匀的入射、折射和反射角度。还显示出，在这种情况下，第二层边界上的全反射效率较高。
在一个优选实施方式中，由第一层边界和第二层边界包围的传输层以下列事实为特征：其具有与第一层边界和/或第二层边界平行的至少一个横截面区和/或与第一层边界和/或第二层边界正交的至少一个横截面区，具体地，传输层具有多个交替地的实心区域和朝向第二层边界开放的中空区域。
优选地，至少一个横截面区的中空区域与第一层边界和/或第二层边界正交地向所述第二层边界开放。中空区域朝向第二层边界开放能够使流体经由第二层边界渗入所述中空区域中。横截面区中的实心区域和中空区域在三维空间中形成体积，它们可以称作为三维实心第一结构元件或朝向第二层边界开放的三维中空第一结构元件。
优选地，与两个层边界平行的至少一个横截面区具有实心区域和中空区域，其中，中空区域以规律的平均间距(具体地，以周期性平均间距)朝向第二层边界开放。优选地，流体可以经由第二层边界进入所述中空区域，并且吸收到传输层中。
因此，在根据本发明的ATR反射元件的进一步发展中，设置成传输层包括彼此间隔开的多个实心第一结构元件和/或朝向第二层边界开放的、彼此间隔开的多个中空第一结构元件或由它们形成。
另外，可以设置成周期性地或非周期性地(具体地，周期性地)布置至第二层边界和/或传输层的实心第一结构元件的中空，优选地使得至少一个横截面区(具体地，多个横截面区)布置在第一层边界与第二层边界之间，具体地与第一层边界和第二层边界平行且间隔开，其中，所述横截面区包括类似形成的、周期性地或非周期性地(具体地，周期性地)布置的实心第一结构元件的实心区域和/或朝向第二层边界开放的中空第一结构元件的中空开放区域，具体地，其中这些实心区域和中空开放区域交替地布置。如果实心第一结构元件和/或中空第一结构元件(具体地实心结构元件和对第二层边界开放的中空第一结构元件)与第一层边界和/或第二层边界平行的扩张和平均间距较小，例如与所使用的测量波长(具体地，IR波长)相比，它们形成所谓的亚波长结构(SWS)，也称作为亚测量波长结构，因为用于测量的波长指定亚波长结构。在本发明的意义上，传输层因此优选地是包含亚波长结构的层，具体地用于≥20μm波长、优选地≥2μm波长的亚波长结构。这些还称作为SWS层。如果实心第一结构元件和/或对第二层边界开放的中空第一结构元件的扩张和平均间距在所有的空间方向上比所使用的测量波长大，则它们不形成用于该波长的亚波长结构(SWS)。在这种情况下，光或电磁辐射可以分解对第二层边界开放的各个中空第一结构元件和实心第一结构元件，使得不产生有效折射率，但是对于连续的结构元件存在不同的折射率。因此，存在亚波长结构(SWS)或在用于在层边界上发展有效折射率的传输层中，换言之，此处传输层包括实心第一结构元件和/或对第二层边界开放的中空第一结构元件，它们形成亚波长结构(SWS)。
已证明，当周期性地(即，以二维布拉维晶格的形式)布置有实心区域和/或朝向第二层边界开放的中空区域时是有利的。替代实施方式包括非周期性布置的实心区域和/或朝向第二层边界开放的中空区域，具体地，由所述非周期性布置的实心第一结构元件和/或朝向第二层边界开放的中空第一结构元件形成的多孔结构。
在本发明的意义上，第一有效折射率和第二有效折射率是由测量波长的光经历的折射指数，测量波长具体为IR波长λATR，其中，λATR优选地从2μm至20μm的波长范围中选取。这些有效折射指数可以例如来源于具有两个不同折射指数的两种材料的材料混合物。例如，制造例如多孔硅结构的多孔材料结构也是可行的，其中，第一有效折射率或第二有效折射率不是唯一地来源于硅，而是还可来源于它们可能包含的多孔中空空间和真空(具有25℃温度和波长λATR)。材料中的槽或柱状部还可以影响有效折射率。然而，如果例如具有柱状部的实心第一结构元件的平均间距或诸如具有孔的、朝向第二层边界开放的第一结构元件的平均间距比例如5μm的测量波长大数倍，则对于中间空间和柱状部，导致不同的有效折射指数，使得层边界不能整体地分配折射率。
优选地，在本发明中，仅一个(具体地，第二)有效折射指数分别出现在总的第一层边界和/或总的第二层边界上。在本发明的意义上，除非明确地规定，否则有效折射率将是在不存在流体的情况下在25℃下的真空中确定。本领域技术人员可以通过辐射光束容易地确定该折射率对于指定波长是否为有效折射率，具体地，通过将所述波长的激光光束辐射到本体中。在第二层边界，在确定相应的有效折射率(具体地，有效第二折射率)时，发生到所述层边界的辐射，优选地以70°的角度，特别优选地以低于45°的角度。如果该光束在不同的方向上弯曲，则本体中或传输层中具有不同折射的区域。如果光束仅在一个方向上弯曲，则本体具有可根据上述条件在实验上确定的有效折射率。因而有效折射率是与波长相关的，例如，第一折射率和第二折射率与从2μm至20μm的波长范围的波长相关。优选地，这在15μm、具体地10μm、优选地5μm以及特别优选地2μm的波长处确定。
优选地，实心第一结构元件设计成：具体地均匀的升高部形式，具体地柱状部、块状或纵脊状的形式，和/或朝向第二层边界开放的中空第一结构元件设计成：具体地相同的凹陷部形式，优选地凹槽、孔或槽的形式。自然地，传输层还可包括如上所述的设计的、面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的混合部，或由这些形成。具体地，在第一结构元件非周期性布置的情况下，设置有多孔实心第一结构元件和/或面向第二层边界的中空第一结构元件。
面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件可以具有广泛的不同几何形式。优选的是凸起部和凹陷部的实施方式，具体地，柱状部和/或孔和/或块状部和/或槽，在至少一个方向上具有基本上的正方形、矩形、圆形或多边形横截面区，具体地与第二层边界平行或正交。实心第一结构元件可以基本上还包括圆柱形和/或长方体和/或立方体和/或锥形和/或锥形短柱和/或金字塔形和/或金字塔形短柱和/或球形段和/或球形层和/或球形阀瓣。广泛的不同轮廓的槽和/或纵向凸起部对于中空和/或实心结构元件也是可行的。当面向第二层边界的各个中空第一结构元件和/或实心结构元件的所述横截面区在至少一个方向上基本上相互关联时，具体地与第二层边界平行或正交，具体地在产品相关的偏差范围内，这是优选地。
在本发明的意义上，柱状部是与宽度相比具有较大纵向延伸的结构元件，其中，纵向延伸优选地是宽度的至少两倍长，具体地至少五倍长。与各个柱状部的第一层边界和/或第二层边界平行的确定轮廓优选地为圆形、多边形或方形。
特别优选地是面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，具体地柱状部、立方体、长方体或槽，其具有比相邻的实心第一结构元件之间的平均间距或面向第二层边界的相邻中空第一结构元件之间的平均间距大(具体地，大数倍)的平均高度或平均深度，具体地，比相邻的柱状部之间或相邻的孔或槽之间的平均间距大(具体地，大数倍)。特别优选地还有具有最大高度或最大深度的实心第一结构元件和/或中空第一结构元件，具体地柱状部、孔或槽，该最大高度或最大深度比面向第二层边界的相邻中空第一结构元件和/或实心中空第一结构元件之间的最小间隔大(具体地，大数倍)，具体地，比相邻的柱状部之间或相邻的孔或槽之间的最小间隔大(具体地，大数倍)。优选地，在一个实施方式中，应理解多倍的含义，使得高度或深度至少为平均间隔的至少三倍、至少五倍或至少十倍。优选地，对实心第一结构元件的高度和面向传输层的第二层边界的中空第一结构元件的深度的确定正交于第一层边界和/或第二层边界进行。具体地正交于第一层边界和/或第二层边界确定柱状部的高度或槽的深度。此处，两个实心第一结构元件之间的平均间隔是所述第一结构元件的相对外表面或外表面的相对部分之间的平均最小间隔(即，中间空间的宽度)。因此对于中空第一结构元件，这同样适用于内表面。
与平均距离相比，在本发明的意义上，平均间距是面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件进行重复的平均距离。应注意的是，这些根本上都是实心结构元件之间的间距或中空结构元件之间的间距。这不是指中空结构元件和相邻的实心结构元件之间的间距。在这种意义上，相邻的中空结构元件和/或实心结构元件之间的间距应分别设计为相应的相邻实心结构元件之间的间距或相邻的中空结构元件之间的间距，或者，然而分别设计为相邻的实心结构元件之间的间距和相邻的中空结构元件之间的间距，但是不设计为中空结构元件至相邻的实心结构元件之间的间距。在周期性布置的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的情况下，平均间距与对应空间方向上的所谓晶格常数相对应。因此，通常不是测量对于平均间距起决定性的相应的实心第一结构元件和/或中空第一结构元件，而是相应的、最接近的第一结构元件(具体地，相同的)的距离。对于空间填充的实心第一结构元件和/或中空第一结构元件，平均距离可以非常小以及平均间距相对较大。对于形成为圆柱体的实心第一结构元件或面向第二层边界、设计为圆柱形孔的中空第一结构元件，平均间距例如与相邻的圆柱体或圆柱形孔的旋转轴之间的平均距离相对应。如果例如两个柱状部具有相应的1μm半径和2μm直径，以及旋转轴之间的距离为2.5μm，则两个柱状部的平均间距是2.5μm以及所述柱状部的平均距离是0.5μm。对于具有相同形式的第一结构元件，第一结构元件的扩张和平均距离通常小于第一结构元件的平均间距。因而，对于亚测量波长结构(SWS)的特征，第一结构元件的平均间距是决定性的值。对于一维对象或二维对象，特别是与层边界平行的对象，平均距离与总平均间距之间的区别不是必要的，因为值是相同的(外表面与对象本身重合)。
如已知的晶格常数是描述晶格的最小单元(具体地，单位晶格)所要求的长度规格。因为此处对于周期性布置的、面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，描述了基本上的二维晶格(边界区域的结构化)，晶格常数通常包括两个长度规格和角度，优选地90°或60°。然而，在平行布置的槽的情况下，布置在二维表面上的晶格是一维的。具体地，当两个纵向规格相同时，即两个晶格常数相同时，这是优选地。对于直的、周期性出现的平行槽或凸起部，一个晶格常数足以描述结构元件的周期性布置，该晶格常数与槽或凸起部之间的平均间距相对应，并且正交于槽或凸起部的路线进行确定。在本发明的意义上，结构元件的晶格常数与可以分配给周期性布置的所述结构元件的晶格的晶格常数相对应。对于柱状部，例如，旋转轴的相应位置是决定性的。对于平行的直槽，晶格常数与槽的间距相对应，正交于槽的纵向排列进行测量。非周期性布置的结构元件不具有晶格常数。对于面向第二层边界的周期性中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，平均间距优选地与至少一个晶格常数相对应，具体地布拉维晶格常量，即，布拉维晶格的晶格常数。
在一个可能的设计中，面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，具体地凸起部形式的实心第一结构元件，分别具有一个第一外表面、第二外表面和第三外表面，其中，第二外表面与第一外表面正交，第三外表面与第一外表面相对，其中，第三外表面还优选地布置成与第二外表面正交。此处，可以优选地假定第一外表面和第三外表面是弯曲的。优选地，相反地，第二外表面是平坦的，具体地与第二层边界成平面平行和/或与第二层边界平行。在进一步可能的设计中，实心第一结构元件分别是圆柱形柱状部。
在一个合适的实施方式中，至少一个晶格常数，具体地至少一个布拉维晶格常数，优选地周期性布置的实心第一结构元件和/或面向第二层边界的中空第一结构元件的所有晶格常数和/或周期性和非周期性布置的实心第一结构元件和/或面向第二层边界的中空第一结构元件的平均间距满足条件(Ia)(Ia)
优选地满足条件(Ib)
特别优选地，满足条件(Ic)
其中，n1是第一有效折射率。优选地，周期性的实心第一结构元件和/或面向第二层边界的中空第一结构元件的所有晶格常数满足关系Ia，具体地Ib，以及特别优选地Ic。在本发明的意义上，pmax是分配给晶格常数和/或平均间距的值。
在进一步的优选实施方式中，面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件具有pmax≥0.1μm的晶格常数和/或平均间距，特别优选地pmax≥0.4μm的晶格常数和/或平均间距，具体地pmax≥0.7μm的晶格常数和/或平均间距。在进一步的优选实施方式中，面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件具有pmax≤4μm的晶格常数和/或平均间距，特别优选地pmax≤2μm的晶格常数和/或平均间距，具体地pmax≤1.3μm的晶格常数和/或平均间距。在非常特别优选的设计中，面向第二层边界的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件具有0.1μm≤pmax≤4μm晶格常数和/或平均间距，特别优选地，0.4μm≤pmax≤2μm的晶格常数和/或平均间距，具体地，0.7μm≤pmax≤1.3μm的晶格常数和/或平均间距。这些平均间距和/或晶格常数还允许短波红外范围内的测量。另外，在这种尺寸的平均间距上，还可以实现过滤效应。如果流体中存在不同尺寸的粒子，对于合适设计的传输层的中空区域，仅达到确定尺寸的粒子可以能够穿透到所述传输层中。然后仅这些进行传输，并因此比传输层上剩余的组分对吸收信号的贡献更大。例如，人类血液的细胞部分具有不同的尺寸。人类白细胞具有7μm至20μm的平均直径，人类红细胞具有6μm至8μm的平均直径，以及人类血小板具有仅仅1.5μm至3μm的平均直径。如上所述，传输层的中空区域的平均间距可设计成使得仅红细胞和血小板或仅血小板连同血清或仅血清可以渗入传输层中并经受传输。因此，不再需要血液进入其组成部分的标准上游分离。具体地，在合适的条件下，特定分析物的选择性IR测量是可能的，其中优选地，杂质不进入测量信号，或者如果是这样，测量信号仅减少强度。
因此，根据本发明的ATR反射元件和根据本发明的ATR光谱仪，通过ATR反射元件或ATR光谱仪的普通使用，可用于对包含在流体中的固体分析物的具体直接测量，其中的传输层的第二层边界分别包括或表示样品摄取区。此处，可以假定，根据本发明的ATR反射元件和根据本发明的ATR光谱仪，通过ATR反射元件或ATR光谱仪的普通使用，不仅可以用于测量已渗入传输层中的或存在的分析物，而且可以用于分离流体中存在的具有不同直径的固体分析物，如样品摄取区一样将流体施加在传输层上，其中的传输层的第二层边界分别包括或表示样品摄取区。在传输层的第二层边界的区域中，仅具有以下直径的这些分析物渗入传输层中并可用于选择性测量：直径小于由朝向第二层边界开放的中空第一结构元件表示的开口和/或小于由实心第一结构元件表示的中间空间。
优选地，传输层在其整个层厚度上具有基本上恒定的第二有效折射率。
在一个实施方式中，传输层的填充系数位于1％至85％的范围内，优选地3％至30％的范围内，以及特别优选地10％至20％的范围内。作为填充系数，由实心区域和相关部分占据的传输层的体积越大，由中空区域占据的传输区的体积越小。对于上述区域，可以确定显著增强的吸收信号，其中，同时保证结构的完整性。
优选地，传输层具有0.1μm至50μm范围内的平均厚度，特别优选地1μm至20μm范围内，非常特别优选地4μm至6μm范围，其中，平均厚度优选地正交于第一层边界进行确定。在特别优选的方式中，平均厚度与第一层边界与第二层边界之间的平均距离相对应。
优选地是这样的实施方式：对第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件具有与第一层边界和/或第二层边界正交的至少两个(具体地，至少20个)基本上相同的横截面区。进一步优选地是这样的实施方式：对第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件基本上具有分别与第一层边界和/或第二层边界平行的至少一个相同的剖面轮廓。具体地，当对第二层边界开放的中空第一结构元件或实心第一结构元件优选地基本上相同地设计时，即，在产品和测量精度的范围内，它们具有相同的尺寸和形式，这是优选地。
在进一步的优选实施方式中，主体和实心第一结构元件由一种材料组成，具体地，构造成整体件。例如，第一结构元件可以是在硅晶体中形成的槽或柱状部。
如果传输层施加于主体，则传输层的实心区域还可以包括除了主体的这些材料之外的材料，优选地具有相似的吸收性能和/或相似的折射率的材料。当吸收系数和/或折射率彼此偏差不超过30％，优选地15％时，这些是相似的。
优选地，ATR反射元件和/或主体包括晶体(具体地，单晶体)，或由这种晶体形成。
在一个有利的实施方式中，ATR反射元件包括硅和/或锗和/或硒化锌和/或金刚石和/或碘溴化铊和/或AMTIR，具体地，由这些组成。优选地，ATR反射元件包括硅、锗、硒化锌、金刚石、碘溴化铊或AMTIR，具体地包括硅、锗或硒化锌。
对ATR反射元件的几何形状设计具有许多选项。优选地，用于耦合和解耦的主体的第二边界表面区域和/或第三边界表面区域不是布置在ATR反射元件的、其上存在传输层的侧部上，而是具体地布置在与传输层相对的侧部上。
在一个有利的实施方式中，主体的第二边界表面区域包括用于耦合电磁辐射的两个结构元件和/或第三边界表面区域包括用于解耦电磁辐射的第三边界表面区域，具体地，实心第二结构元件和/或开放的中空第二结构元件。还可以设置单独的第四边界表面区域，具体地用于耦合和解耦光的第四边界表面区域，该第四边界表面区域包括实心第二结构元件和/或开放的中空第二结构元件。
正交于存在这些结构元件的边界表面区域进行实心第二结构元件的高度和中空第二结构元件的深度的确定。
优选地，这些实心第二结构元件和/或这些中空第二结构元件形成为周期性的凸起部和/或凹陷部，特别优选地形成为具体地V形槽或纵向凸起部、具体地在第二层边界的方向上呈锥形的凸起部。优选地，第二结构元件与如上所述的第一结构元件的不同在于：实心结构元件(优选地凸起部，具体地柱状部、锥体或壁)之间的平均距离和/或平均间距大于第一结构元件，优选地至少两倍尺寸，具体地至少五倍或十倍尺寸。可替代地或另外优选地，第二结构元件与如上所述的第一结构元件的不同在于：具体地开放中空结构元件(优选地凹槽，具体地槽或凹口)之间的平均距离和/或平均间距大于朝向第二层边界开放的中空第一结构元件，优选地至少两倍尺寸，具体地至少五倍或十倍尺寸。
应注意的是，在本文件的意义上，中空结构元件通常是开放的。开放意思指受影响的中空结构元件不具有闭合的中空空间，而是该空间是开放，优选地开放以用于摄取流体。这并不排除替代或另外的可能性，例如还可以存在闭合孔。相比之下，开放的实心结构元件不存在。
在本发明的意义上，中空第一结构元件和/或中空第二结构元件未填充有材料，即与实心第一结构元件或实心第二结构元件对比，它们以缺乏材料为特征。因此，中空第一结构元件和/或中空第二结构元件(具体地，凹陷部)仅在与填充有材料的区划界的位置发现。填充有材料的所述区可以例如是实心的连续层或实心的相邻第一结构元件，具体地凸起部，例如柱状部。具体地，可以假定除了实心的高结构元件(具体地凹陷部，诸如孔)以外，传输层是实心的，其中实心区是彼此连续地相连接的。彼此连续地相连接的这些区不是实心第一结构元件，其中，所述第一结构元件彼此分隔开和/或界定开。同样地，实心第一结构元件和中空第一结构元件一起表示或形成传输层也是可行的。例如，以对角为框具有正方形凸起部和正方形凹陷部的棋盘图案是可行的。进一步地，通过壁或纵向凸起部彼此定界的槽是可行的。在这种情况下，槽表示中空开放的第一结构元件以及纵向凸起部表示实心第一结构元件。在本发明的意义上，实心具体指存在材料，而中空意思指缺乏材料。优选地，此处材料是形成主体的材料。
特别优选地，对于周期性布置有从第一层边界延伸至第二层边界的、实心第一结构元件的传输层，其中，在实心第一结构元件之间存在连续的无材料区。
根据本发明，在一个实施方式中，ATR反射元件上或传输层中存在朝向第二层边界开放的多个中空第一结构元件和/或实心第一结构元件。优选地，假定ATR反射元件上或传输层中存在至少100个，具体地至少1000个，优选地至少10000个这些朝向第二层边界开放的中空第一结构元件或实心第一结构元件。优选地，假定ATR反射元件上以凸起部(具体地，柱状部)的形式存在至少100个，具体地至少1000个，优选地至少10000个实心第一结构元件。在进一步的优选实施方式中，假定ATR反射元件上以凹陷部(具体地，槽)的形式存在至少20个、具体地至少200个，优选地至少2000个朝向第二层边界开放的中空第一结构元件。
每一表面上，ATR反射元件的传输层的、实心第一结构元件(诸如，柱状部)和/或朝向第二层边界开放的中空第一结构元件的数量优选地比相同表面上如存在于第二和/或第三和/或第四边界表面区域上的实心第二结构元件和/或中空第二结构元件(诸如，槽)的数量大数倍。在一个有利设计中，与ATR反射元件的第二边界表面区域和/或第三边界表面区域的每一表面上的第二结构元件相比，传输层中的每一表面上存在至少五倍，具体地至少十倍的第一结构元件。
优选地，朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件指定为具有第一平均间距的精细结构，以及实心第二结构元件和/或上文提及的中空第二结构元件指定为具有第二平均间距的粗糙结构，其中，第一平均间距小于第二平均间距。平均间距涉及实心结构元件至相邻的实心结构元件的间距或中空结构元件至相邻的中空结构元件的间距。具体地，当第一平均间距为第二平均间距的五分之一，具体地十分之一，优选地百分之一时，这是优选地。优选地，粗糙结构还比精细结构具有更大的深度。
在一个优选实施方式中，上文提及的中空第二结构元件和/或实心第二结构元件的晶格常数和/或平均间距位于30μm至3000μm的范围内，特别优选100μm至1000μm的范围内，具体地400μm至600μm的范围内。在这些距离下，朝向真空的平坦的层边界上对20μm的波长不存在有效折射率。
优选地，与第一结构元件对比，中空第二结构元件和/或实心第二结构元件不形成亚测量波长结构，具体地针对2μm至20μm范围内的波长，优选地2μm波长。与第一结构元件对比，即使在以上文提及的波长范围确定折射率时，当这些中空第二结构元件和/或实心第二结构元件也不包括具有有效折射率的平坦层边界时，这是优选地。到进一步更大的程度，每个实心第二结构元件优选地在2μm和25℃下的真空中具有有效折射率，同时其可以与无法连续地延伸超出距离的相邻实心结构元件(具体地，所述实心第二结构元件之间的中空结构元件)相互关联。如果与真空的边界被分配为第三层边界，该第三层边界来源于第二结构元件的高度，则在不同的区域中所述第三层边界具有不同的折射指数，优选地以下列方式：在多个区域中该折射率与主体的折射率相对应，以及在其它的区域中该折射率与真空的折射率相对应。
在进一步的优选实施方式中，主体和实心第二结构元件由一种材料组成，具体地构造成整体件。例如，中空第二结构元件可以是槽(具体地，V形槽)，该中空第二结构元件在硅晶体中形成，其中，槽的壁表示由硅组成的或连接至作为单件的主体的其余硅晶体的相邻实心结构元件的外表面。
进一步地，当朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件至少部分上比实心中空第一结构元件和/或上述中空第一结构元件具有更陡峭的侧翼，这是特别优选地，其中，侧翼相对于主体的、其上存在所述第一结构元件和/或第二结构元件的边界区域的倾角待确定。此时，主表面分配有0°的倾角，以及与其正交的侧翼分配有90°的倾角。优选地，传输层具有朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，其中，中空第一结构元件和/或实心第一结构元件至少部分上具有90°的倾角，即，它们至少部分地与第一层边界或第二边界表面区域正交地对齐。对于实心结构元件和/或中空结构元件，当相对于下方主体的边界表面区域(具体地，下方主体的第二边界表面区域和/或第三边界表面区域)的倾角小于60°，具体地小于50°，优选地小于37°时，这是优选地。
在一个合适的实施方式中，ATR反射元件设计为单反射元件。在一个替代实施方式中，ATR反射元件设计为多次反射元件。然而，已证明根据本发明的ATR反射元件由于较高的吸收效率而常常比标准ATR反射元件需要更少的反射。优选地，在通常的使用期间，ATR反射元件或ATR反射元件的光束通道设计成使得第二层边界上发生传输的光子的至多五次，具体地至多四次，优选地至多三次全反射。
在进一步的优选实施方式中，中空第二结构元件的凹陷部(具体地槽，优选地基本上的V形槽)具有15μm至1517μm范围内的深度，特别优选地50μm至500μm范围内的深度，具体地100μm至200μm范围内的深度。
掩模区域是在光刻步骤期间由照片掩模覆盖的边界表面的区域并且因此不暴露于光。在这个发明的意义上，具体地，具有配备有实心结构元件和/或中空结构元件的边界区域的那些区被视作掩模区域，那些区中不存在凸起部或凹陷部。然后这些区域描述为高原区域并且优选地与最大高度(具体地距主体的最大距离)相对应。优选地，高原区域是平坦的和/或与第二层边界平行。上述情况也适用于对第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件。在优选实施方式中，掩模区域的表面或表面扩张比配备有第二结构元件的边界区域(具体地，第二边界表面、第三边界表面和/或第四边界表面)的表面扩张小50％，特别优选地小5％，具体地0％。在优选地用作为中空第二结构元件的V形槽的情况下，0％的掩模范围意思指V形槽的上升侧翼直接地邻接相邻的槽的下降侧翼。因此，实现所使用的辐射的均匀耦合和解耦。
形成本发明的基础的目的是通过ATR光谱仪进一步获得的，其中，ATR光谱仪包括根据本发明的至少一个ATR反射元件。
所述ATR光谱仪包括至少一个光源(具体地，至少一个红外光源)、至少一个检测器、光学元件(具体地，镜子和/或透镜)和如上所述的根据本发明的至少一个ATR反射元件，其中，至少一个检测器具体地设计和配置成检测红外辐射，光学元件用于引导由光源生成的光束。优选地，光源是红外激光器和/或黑体发射体(热灯丝)。特别适合与传输层的第一结构元件连接的是红外激光器。根据本发明，光源布置成使得光或光的至少一部分以低于α1的角度撞击ATR反射元件的第一层边界。
优选地，对于通常的使用，第二层边界是具体暴露的、ATR光谱仪的样品摄取区。优选地，第一层边界和第二层边界布置成平面平行的，以及ATR反射元件的传输层包括朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，该中空第一结构元件和/或实心第一结构元件优选地是周期性布置的。
在一个合适的实施方式中，至少一个晶格常数，具体地布拉维晶格常数，优选地所有晶格常数和/或朝向第二层边界开放的所述中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的平均间距满足关系(II)
其中，n1b是ATR反射元件的主体在λATR2的光波长和25℃下的真空中的第三有效折射率，α1是第一层边界上的入射角，以及λATR2示出用于测量的、所述ATR光谱仪中使用的波长。在本发明的意义上，pmax是分配给晶格常数和/或平均间距的值。优选地，用于测量的波长λATR2是15μm的波长，具体地10μm，优选地5μm，特别优选地2μm。在一个有利的实施方式中，20μm至2μm的波长范围满足这个需求。在25℃下和真空中，当λATR和λATR2的值相关时，第三有效折射率n1b将相同的值作为第一有效折射率n1a采用。
在进一步合适的实施方式中，至少一个晶格常数，具体地布拉维晶格常数，优选地所有晶格常数和/或这些与朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件之间的平均间距满足关系(III)
其中，n1c表示使用波长λATR3在25℃下测量的并在真空中示出的、ATR反射元件的主体的第四有效折射率，α1表示第一层边界上的入射角，以及λATR3是所述ATR光谱仪中用于测量的最短波长。在本发明的意义上，pmax是分配给晶格常数和/或平均间距的值。在25℃下的真空中，当λATR2和λATR3的值相关时，第三有效折射率n1b将相同的值作为第四有效折射率n1c采用。通常，主体的第一有效折射率、第三有效折射率和第四有效折射率仅相对于用来确定有效折射率的波长不同，其中，在每种情况下测量均是在25℃下在真空中进行的。
优选地，假设pmax满足上述关系(II)和/或(III)时，就所述波长λATR2和/或λATR3而言，中空第一结构元件和/或实心第一结构元件表示亚波长结构(SWS)。因此，在该上下文中，传输层还可称作为关于受影响的波长的SWS传输层。
ATR光谱仪的光源优选地布置成使得光(具体地，光束)的辐射向量位于一个平面上，该平面定向成与第一层边界和/或第二层边界正交和/或与V形槽平行，或者使得光正交地辐射至第二边界表面区域和/或正交的地发射至第三边界表面区域，或正交地辐射和/或发射至第二结构元件的至少一个表面区域，具体地，正交地辐射和/或发射至每个第二结构元件的至少一个侧翼。上述布置已被证明是特别有利的，以实现受控的辐射以及同时在穿透到主体中或从主体退出期间使光反射最小。
在一个特别优选的实施方式变型中，传输层仅具有实心第一结构元件，该实心第一结构元件具体地是周期性布置的。具体地，当所述实心第一结构元件(具体地，柱状部)布置在由第一层边界形成的区上时，这是优选地。可替代地，在另外连续的实心传输层中，传输层仅具有诸如孔的开放中空第一结构元件也是可行的。
在一个合适的实施方式中，第二结构元件由实心第二结构元件和开放的中空第二结构元件以交替的顺序组成，具体地，其中，这些结构元件为槽和槽之间纵向延伸的凸起部。进入SWS区域中的光优选地不能够分解实心区域和中空区域。在进一步更大的程度上，实心区域和中空区域形成传输层，该传输层在25℃下的真空中在第二层边界上对于波长λATR2，具体地λATR3具有第五有效折射率n2b。取决于朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的形式和设计，第二层边界的第五有效折射率在整个层厚度上还可以是常数，或仅存在于第二层边界上。第五有效折射率n2b显著地依赖于SWS的实心区域的折射率和传输层的填充系数。在第二层边界上，在25℃的真空中以及使用2μm至20μm波长范围的相同波长测量，第五有效折射率n2b采用第二有效折射率n2a的值。优选地，SWS以这样的方式设计和安装，即使得传输层在其整个层厚度上具有基本上恒定的第五有效折射率n2b。具体地，所述第五有效折射率小于第一有效折射率n1a和/或第三有效折射率n1b和/或第四有效折射率n1c。使用根据本发明的ATR反射元件的一个令人惊讶的有益效果在于以下事实：待测量的样品的吸收信号显著增强。此处，假定除了给出ATR反射元件它们名称的衰减全反射之外，电磁辐射还在传输期间通过渗入传输层的中空区域的流体和/或通过渗入中空区域中的分析物经历吸收。
与标准ATR反射元件相比，这产生显著增强的吸收信号。
这个增强的吸收信号允许例如在不导致容量损失的情况下通过ATR反射元件缩短辐射的光学通道长度。因此，强烈吸收所使用的辐射的部分的材料由于它们的化学稳定性而还可以用于ATR反射元件，然而它们的成本或处理选项另外也是非常合适的。
在替代实施方式(又名本发明的第二设计)中，传输层用作为用于耦合辐射的区域以及必要时用于解耦辐射的区域。出于这个目的，优选地设计成上文已经提及的亚波长结构的形式。当电磁辐射进入ATR反射元件时，这些给出装配有传输层抗反射性能的边界表面区域并因此降低反射损耗，并且从而增大总体信号强度。对于本发明的这个实施方式变型，样品摄取区可包括中空第二结构元件和/或实心第二结构元件和/或如上所述的朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，其中，ATR反射元件可以例如设计为三次反射元件。根据本发明，对于ATR反射元件的一般的使用，还可假定第一传输层构成用于耦合辐射的区域，而第二传输层(具体地，相对的第二传输层)构成样品摄取区。已证明，本发明的所谓第一设计比本发明的所谓第二设计以进一步更清楚的方式达到了形成本发明的基础的目的，其中，在第一设计中传输层形成样品摄取区，在第二设计中包含或由中空第二结构元件和/或实心第二结构元件形成的边界表面区域用作为样品摄取区。
形成本发明的基础的目的还通过ATR光谱方法获得，其中，具体地如上所述，由电磁波(具体地，红外范围内)组成的光束耦合到ATR反射元件中，光束与ATR反射元件解耦，以及处于耦合与解耦之间，撞击(impinge)到具体为平面的第一层边界上至少一次，以及穿入由该层边界定界的传输层中并能够摄取流体，其中，光束在第一层边界处、在通过传输层的通道上经历折射，通过摄取到传输层中的流体(具体地，包含至少一个分析物)并且在流体可渗透的、平面的第二层边界上经历传输，其中，光束在第二层边界处经历全反射，其中，光束在通过传输层的另外通道上通过摄取到传输层中的流体和/或分析物再次经历传输，其中，传输时，光束还通过流体(具体地，通过分析物)经历吸收，其中，光束在第一层边界处再一次进入主体，以及其中，在从ATR反射元件出来之后，通过吸收减弱的光束使用合适的检测器进行检测，具体地其中，对所检测的光束进行了分析。检测器优选地将电磁辐射转换为电信号或包括能够这样做的装置。优选地，如上所述的通过传输层的通道不止一次进行如上所述的传导，具体地其中，在光束退出之前光束在主体内经历至少一次全反射，以及光束由检测器进行检测。
该方法还可包括样品分发的步骤，其中，流体(具体地，包含分析物)分发在传输层上并渗入传输层中。该流体可以是待分析的流体或分析物本身。优选地，在本方法的一个设计中，流体具体地随着热能的增加而蒸发，其中，分析物保留在内部以及如果合适的话还可以保留在传输层上。
电磁辐射(具体地，红外范围内的辐射)在ATR反射元件的、用于耦合电磁辐射的边界表面区域上(具体地，在第二边界表面区域上)耦合到ATR反射元件中。所述边界表面区域，具体地主体的用于耦合电磁辐射的第二边界表面区域，可包括中空第二结构元件和/或实心第二结构元件或由它们形成。因此，此处电磁辐射优选地以下列方式耦合到ATR反射元件中：其以角度α1撞击到第一层边界上，其中
其中，n3是流体和/或分析物对于所使用的λATR2波长和测量温度的第六有效折射率，以及其中，n2c是具有流体的传输层对于在第一层边界上使用的λATR2波长的第七有效折射率，其中，n2c显著取决于SWS的实心区的折射率、传输层的填充系数和流体和/或分析物的第六折射率n3。从而在存在流体的情况下确定第七有效折射率n2。已证明满足这件条件的入射角是特别合适的。当保持上述关系时，有规律地阻止了第一层边界处的全反射，并且保证了传输层的第二层边界上的全反射。在从主体传递到传输层期间，以及如有必要当穿过传输层时，电磁辐射在第一层边界上发生折射。优选地，主体中和/或传输层内的光束通道是基本上线性的。当穿过传输层时，辐射通过定位在传输层的中空区域中的流体和/或通过定位在传输层的中空区域中的分析物进行传输。此处可能发生吸收。在有效传输层与位于有效传输层上方的流体和/或分析物之间的第二层边界上，辐射进行全反射。随后，辐射再次穿过传输层。在第一层边界处，辐射最终再次折射到主体中。根据ATR反射元件的实施方式，辐射然后可以经由边界表面区域(具体地，用于使电磁辐射从ATR反射元件解耦的第三边界表面区域)直接地进行耦合，或者再次引导到传输层中以通过传输再次进行全反射过程。后一个过程还可以重复多次。解耦的电磁辐射供应给检测器。通过合适的数据处理技术，记录吸收光谱以进行后续处理和分析。
本发明的主题进一步为用于生产根据本发明的ATR反射元件的方法，该方法包括提供具体地平坦的、面平行的基板，具体地提供硅晶片。该方法还包括形成具有朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的传输层。
这通过以下实现：
1)将至少一个涂覆层(具体地，光刻层)施加在基板的平坦的第一区上，优选地后一个ATR反射元件的主体的第一边界表面区域上。
对于用于形成具有朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的传输层的另外步骤，优选地，可以提供第一蚀刻法，金属辅助化学蚀刻(MACE)法或剥离(lift-off)法。已证明第一蚀刻法(具体地，干蚀刻法)是特别合适的。这包括以下步骤：
2a)通过光刻法(具体地，DUV光刻法)机械加工基板的第一区，
3a)对硅进行各向异性地蚀刻，具体地使用干蚀刻过程，优选地通过反应离子蚀刻(RIE)和/或深度反应离子蚀刻(DRIE)，将朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件(具体地，硅)的硅各向异性地蚀刻到基板的第一区中，具体地蚀刻到ATR反射元件的主体的第一边界表面区域。
该方法还适当的使用金属辅助化学蚀刻过程(MACE)，具体地包括以下所述顺序的步骤：
2b)形成薄金属层，具体地贵金属层，优选地金层和/或银层，其中，金属层的厚度优选地与传输层的厚度相对应，
3b)使金属层结构化，具体地通过金属的蒸发使得金属层的子区域被去除，
4b)对硅进行各向异性地蚀刻，具体地通过HF/H2O2，以及随后除去金属层，因此在第一区中形成朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件，具体地硅的第一结构元件。
另外合适的是剥离法，具体地包括以下所述顺序的步骤：
2c)通过光刻法(具体地，DUV光刻法)对基板的第一区进行机械加工，
3c)沉积形成传输层的材料，具体地通过热蒸发，
4c)除去涂覆层，具体地湿化学溶解涂覆层，因此形成朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件。
后一种方法还可以用于制造具有朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的传输层，该传输层由不同于基底或主体的材料制造。此处，应说明的是，这种材料对透明度的标准可以低于主体的材料。与主体不同，传输层非常薄。
如上所述，在已产生中空第一结构元件和/或实心第一结构元件之后，根据第二蚀刻法形成朝向层边界开放的中空第二结构元件和/或实心第二结构元件，该第二蚀刻法不同于第一蚀刻法。然而，根据本发明，还有可能的是首先形成朝向第二层边界开放的中空第二结构元件，以及然后形成朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件。优选地，第二结构元件通过具体地湿化学蚀刻法形成，包括下列所述顺序的步骤：
5)将至少一个涂覆层(具体地，光刻层)施加到与第一区相对的、平坦的第二区上，具体地，第二边界表面区域、第三边界表面区域和/或第四边界表面区域上，
6)通过光刻法对基底的第二区进行机械加工，具体地，第二边界表面区域、第三边界表面区域和/或第四边界表面区域，
7)各向异性地蚀刻基底的第二区的硅，具体地通过湿化学蚀刻法，优选地KOH蚀刻，具体地蚀刻第二边界表面区域、第三边界表面区域和/或第四边界表面区域。
通过用于形成朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的步骤1)、步骤2a)和步骤3a)描述的方法是特别优选的。此处，包括朝向第二层边界开放的中空第一结构元件和/或实心第一结构元件的传输层的形成优选地通过以下步骤实现：将至少一个光刻层施加到基底的第一平坦区上，使用光刻法(具体地，DUV光刻法)，以及使用第一蚀刻法的至少一个蚀刻步骤，具体地DRIE蚀刻步骤，使基底的第一平坦区结构化。
硅是特别适合用于基底的材料。对于硅，从半导体生产中已知光刻法和结构化方法。当各向异性蚀刻在硅中使用时，则会产生中空第二结构元件和/或实心第二结构元件，具体地V形槽。侧翼的、通过各向异性蚀刻形成的角度由基底的晶体取向确定。由硅制成的标准ATR反射元件通常是通过切割和抛光机械地制造的，而无需进行结构化步骤。从Schumacher等，Appl Spectrosc.2010,64(9)、1022–7中还已知：特殊的硅ATR反射元件可以由硅-100晶片制造。此处，槽侧翼与主体的平面的边界表面区域的角度优选地为约55°，具体地54.74°。如果电磁辐射竖直于所述侧翼进行辐射，样品摄取区上的入射角α1优选地为约55°，具体地54.74°。这个大的入射角已经促使全反射在所涉及到的折射指数之间具有较低的差值。对于根据本发明的ATR反射元件的使用，然而令人惊讶的是，已证明使用硅-110晶片替代是有利的。通过各向异性蚀刻，第二结构元件优选地蚀刻成用于耦合和解耦ATR反射元件的边界区域。此处，侧翼角仅为约35°，具体地35.26°。电磁辐射沿着侧翼的表面法线的辐射在第一层边界上具有显著较小的入射角。阻止了第一层边界上不希望有的全反射，以及然后全反射仅发生在第二层边界上。
本发明导致在ATR光谱和ATR红外光谱期间的显著增强的吸收信号。对于弱吸收样品或强稀释样品，这是特别的有益效果。吸收信号增强允许通过ATR反射元件的光学通道长度比使用具有相同容量的标准ATR反射元件的更短。因此，由于它们的吸收性能而另外仅适用于有限程度的材料还可以用于制造ATR反射元件。另外，根据本发明的ATR反射元件在合适的实施方式中提供过滤效应，该过滤效应能够使样品分离为不同几何尺寸的组分。
附图说明
本发明的其他特征和有益效果从以下描述中显露出来，其中，参照示意性附图说明了本发明的示例性优选实施方式，在附图中：
图1根据本发明示出根据本发明的ATR反射元件的实施方式的示意性剖面；
图2示出根据本发明的具有传输层的ATR反射元件的另一实施方式的示意性剖面，其中，传输层也称作为测量层或SWS传输层，其包括实心区域和中空区域；
图3a)至图3d)示出根据本发明的ATR反射元件的实施方式的示意性剖面，其中，根据本发明的ATR反射元件具有根据本发明的传输层的不同设计；
图4a)至图4f)示出根据本发明的中空第一结构元件的设计的示意性剖面，其中，中空第一结构元件朝向第二层边界和/或实心第一结构元件开放，中空第一结构元件由凸起部(elevation)和/或凹陷部(well)形成，并形成传输层的实心区域和中空区域；
图5a)至图5j)示出根据本发明的中空第一结构元件的实施方式的示意性顶视图，其中，中空第一结构元件朝向第二层边界和/或实心第一结构元件开放；
图6示出根据本发明的、包括通过单反射元件的可能光束通道的示意性剖面，图中包括耦合区域和解耦区域中的第二结构元件以及由亚波长结构形成的传输层；
图7示出根据本发明的包括通过多次反射元件的光束通道的示意性剖面；
图8示出通过根据本发明的实施方式的作为三次反射元件的示意性剖面，其中，该实施方式中的SWS传输层形成用于耦合和解耦电磁辐射的区域，以及中空和/或实心第二结构元件形成样品摄取区。
图9示出根据本发明通过单反射元件的、包括另一可能的光束通道的示意性剖面，图中包括耦合区域和解耦区域中的中空第二结构元件和/或实心第二结构元件以及由亚波长结构形成的传输层。
具体实施方式
图1示出根据本发明的ATR反射元件(1)的实施方式的示意性侧视图。其包括具有第一有效折射率的主体(10)，传输层(2)经由第一层边界(21)邻接至该主体(10)。传输层(2)可以例如形成为多孔传输层(气孔未示出)并且经由第二层边界(22)吸收流体，其中，第二层边界(22)位于第一层边界(21)的对面。在第二层边界(22)上，传输层(2)具有小于第一有效折射率但大于1的第二有效折射率。第二折射率确定在边界区域处可对真空发生的全反射的角度。
图2示出根据本发明的ATR反射元件(1)的其他实施方式。主体(10)包括用于耦合电磁辐射的第二边界表面区域(11)和用于解耦电磁辐射的第三边界表面区域(12)，此处它们布置成与传输层(2)相对。经由第一层边界(21)，传输层(2)邻接主体(10)。传输层(2)交替地具有实心区域(23)和中空区域(24)，在该示例中，实心区域(23)和中空区域(24)由周期性的凸起部和凹陷部形成。这些优选地形成为朝向第二层边界开放的中空第一结构元件以及实心第一结构元件(25)。经由第二层边界(22)，流体可渗入到传输层的中空区域(24)。因此，中空区域朝向第二层边界开放。
图3以侧视图示出传输层(2)的不同的可能实施方式。图a)示出在传输层(2)中实心区域(23)比中空区域(24)多的实施方式。此处，填充系数大于50％。图b)示出在传输层中中空区域(24)比实心区域(23)多的实施方式。此处，填充系数小于50％。在图c)中，实心区域(23)和中空区域(24)在传输层中占据相同的空间。在这个实施方式中，填充系数为50％。替代实施方式由图d)中示出的多孔结构形成。相对于传输层(2)的截面的总体积或总表面，设计成气孔的中空区域(24)的尺寸和数量决定填充系数。
在图4中，以侧视图示出了第一结构元件(25)的其他可能实施方式，该第一结构元件(25)设计为凸起部和/或凹陷部，由传输层(2)的实心区域(23)或中空区域(24)形成。图a)和图b)示出具有矩形剖面的实施方式。此处，填充系数在传输层(2)的整个厚度上是恒定的。在图c)和图d)中，第一结构元件(25)具有三角形截面。填充系数在传输层(2)的整个厚度上发生变化。在图e)和图f)中，填充系数在传输层(2)的大部分厚度上保持恒定。在第一层边界(21)和第二层边界(22)附近，由于圆化边缘，填充系数发生变化。虽然在设计a)和设计c)中侧翼的倾角是90°，但是对于设计b)倾角是75°。
图5以顶视图示出传输层的实心区域(23)和中空区域(24)的不同实施方式。产生的凸起部(顶行)和凹陷部(底行)可具有不同的形式。图a)和图b)示出长方体或立方体形状的凸起部和凹陷部。图c)和图d)示出金字塔形状的实心第一结构元件。在图e)和图f)中，可以看到实心圆柱形第一结构元件。图g)和图h)示出圆锥形形状的第一结构元件。传输层的实心区域(23)和中空区域(24)还可以沿着与第一层边界和/或第二层边界平行的一个或多个空间方向延伸。因此，如图i)和图j)所示产生纵向的凸起部和凹陷部。尽管存在实心区域和中空区域，但是这不意味着必须存在实心结构元件和中空结构元件。图5a)、图5c)、图5e)和图5g)仅示出了实心结构元件。中间空间是连续连接的并形成基础表面。图5b)、图5d)、图5f)和图5h)仅示出了中空结构元件。中间区域是凸起的并形成连续的高原表面。在图5i)和图5j)中，存在中空结构元件和实心结构元件两者。
图6示出ATR反射元件(1)的优选实施方式中或根据本发明的ATR光谱仪的优选实施方式中的测量光束的光束通道的示意图。电磁辐射(30)经由用于耦合电磁辐射的第二边界表面区域(11)进入ATR反射元件(1)的主体(10)，其中，第二边界表面区域(11)由实心和/或中空第二结构元件(13)的侧翼形成，具有第一有效折射率n1。在该实施方式中入射角选择成使得辐射以直角撞击实心结构元件和/或中空结构元件的侧翼。因此，经验显示，当进入ATR反射元件时，已经反射的电磁辐射的份额减小，使得电磁辐射的潜在更大份额可以用于分析物的实际吸收测量。电磁辐射(30)穿行通过ATR反射元件(1)的主体(10)，并且以相比于垂直处的入射角α1撞击第一层边界(21)。在使用的亚波长范围内的电磁辐射中，传输层(2)由朝向由实心区域(23)和中空区域(24)形成的第二层边界开放的交替的实心和/或中空第一结构元件(25)组成。待测试的流体(具体地，包括分析物(40))穿透第二层边界(22)进入到传输层(2)的中空区域(24)中。在所示实施方式中，填充系数在传输层(2)的整个厚度上是恒定的。入射角α1选择成使得第一层边界(21)上没有全反射发生。当进入传输层(2)时，电磁辐射(30)从垂直处断开。电磁辐射(30)穿过传输层(2)，并且此处还与填充有流体和/或分析物(40)的传输层(2)的中空区域(24)交叉。电磁辐射(30)以α2>α1的角度撞击第二层边界(22)。在该第二层边界(22)上，电磁辐射(30)在有效传输层(2)与流体和/或分析物(40)之间进行全反射。此处，消散波(32)渗入流体和/或分析物中。全反射的电磁辐射(30)再次穿过传输层(2)。在第一层边界(21)处，电磁辐射(30)再次进入ATR反射元件(1)的主体(10)中。在此处示出的实施方式中，电磁辐射(30)然后经由用于解耦电磁辐射的第三边界表面区域(12)与ATR反射元件解耦，其中，第三边界表面区域(12)还由实心和/或中空第二结构元件(13)的侧翼形成。因此这是单反射元件。
在图7中，示意性示出了作为多次反射元件的实施方式。在用于耦合电磁辐射的边界表面区域(11)上，电磁辐射(30)耦合到ATR反射元件(1)的主体(10)中。然后电磁辐射经由第一层边界(21)进入传输层(2)中，电磁辐射在第一层边界(21)中经历折射。电磁辐射(30)穿过传输层(2)，直到其在第二层边界(22)上撞击到流体或分析物(40)。当穿过传输层(2)时，电磁辐射(30)经由渗入到传输层(2)的中空区域(24)中的流体(40)传播。在第二层边界(22)上，存在全反射，其中消散波(32)渗入流体中。随后，电磁辐射(30)再次穿过传输层(2)并在第一层边界(21)处折射到主体(10)中。在主体(15)的、与传输层(2)相对的侧面(15)上，电磁辐射(30)再次朝向传输层(2)反射。电磁辐射(30)再次穿过传输层(2)并在第二层边界(22)上全反射。这个步骤可以进行一次或多次，直到电磁辐射(30)最后在用于解耦电磁辐射的边界表面区域(12)上与主体(10)解耦。
图8示出根据本发明作为三次反射元件的ATR反射元件的实施方式的示意图。此处，传输层(2)形成用于耦合和解耦电磁辐射(30)的区域，以及实心和/或中空第二结构元件(13)形成样品摄取区。电磁辐射(30)经由第二层边界(22)渗入传输层(2)中。传输层用作抗反射层，使得当进入ATR反射元件(1)时所反射的电磁辐射(30)的部分与平坦的边界区域上的辐射相比显著减少(蛾眼效应)。电磁辐射(30)进入ATR反射元件(1)的主体(10)中，并且分别在邻接梯形轮廓的实心和/或中空第二结构元件(13)的流体和/或分析物(40)的三个侧面上全反射一次，其中，消散波(32)渗入流体和/或分析物(40)中。电磁辐射(30)随后经由传输层(2)再次与ATR反射元件(1)解耦。
图9示出ATR反射元件的实施方式的测量光束的光束通道的示意图，其中，电磁辐射(130)经由用于耦合电磁辐射的第二边界表面区域(111)以第一有效折射率n1进入ATR反射元件的主体中，第二边界表面区域(111)由第二结构元件的侧翼形成。剖面图a)示出布置成与下侧上的V形槽正交的剖面。剖面图b)示出相同实施方式旋转90°的剖面，其中，所述剖面与下侧上的V形槽平行。在这两个剖面图中传输层均受限于第一层边界和第二层边界(121，122)。传输层由立柱(123)和用于摄取立柱之间的流体的中间空间(124)形成。对于剖面图a)，光束正交地照射到所述层边界，并且当进入主体时发生折射。在剖面中，平行于第二层边界延伸的平面被示出为虚线，其中，光束布置成与其正交。然而，这并不应用于剖面图b)，在剖面图b)中，光束以锐角渗入晶体中并发生折射。因此光的辐射向量位于定向成与第一层边界和/或第二层边界正交且与V形槽平行的平面上。最终，光沿着V形槽照射，使得可以均匀地照亮臂。目的是保证剖面图b)中均匀的入射角。已表明这与改进的测量结果有关。然而，在这个实施方式中入射角未选择成使得辐射以直角撞击实心第二结构元件或上文提及的中空第二结构元件的侧翼。第一层边界和第二层边界上的衍射行为和全反射已结合其它附图(具体地，图6)进行描述，并且此处类似地发生这些行为。
在上述说明书中、权利要求中和附图中公开的本发明的特征，单独地和以任意组合，对于以不同的实施方式来实现本发明可能是必要的。
Claims (36)
1.ATR反射元件，具体为ATR-IR反射元件，包括：
主体，具有第一有效折射率n1；
传输层，具有第一层边界和相对的第二层边界，其中，所述传输层设计和配置成通过所述第二层边界摄取流体；
其中，所述传输层邻接所述主体，具体地，邻接所述主体的第一边界表面区域，其中，传输层与所述主体之间的边界由所述第一层边界形成，
其中，所述传输层在所述第二层边界处具有第二有效折射率n2，其中，所述第一有效折射率n1大于所述第二有效折射率且所述第二有效折射率n2大于1，
其中，所述第一有效折射率n1和所述第二有效折射率n2每个均在IR波长λATR处在25℃的真空中确定，其中，λATR从2μm至20μm的波长范围中选取。
2.根据权利要求1所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述ATR反射元件具有所述主体的用于耦合电磁辐射的至少一个第二边界表面区域以及所述主体的用于解耦电磁辐射的至少一个第三边界表面区域，所述第二边界表面区域和所述第三边界表面区域优选地布置成与所述传输层和/或所述第一边界表面区域相对。
3.根据权利要求1或2所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述传输层包括多个实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的多个中空第一结构元件，具体地，包括彼此间隔开的多个实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的、彼此间隔开的多个中空第一结构元件，或由彼此间隔开的多个实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的、彼此间隔开的多个中空第一结构元件形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述传输层的所述中空第一结构元件和/或实心第一结构元件是周期性或非周期性布置的，具体为周期性布置的，使得所述第一层边界和所述第二层边界之间布置有至少一个横截面区，具体地多个横截面区，具体地，所述横截面区与所述第一层边界和所述第二层边界平行且间隔开，和/或与所述第二层边界正交，其中，所述横截面区包括类似配置的实心区域和/或开放中空区域，所述实心区域周期性地或非周期性地布置成彼此界定开，具体为周期性布置的，所述实心区域具体为所述实心第一结构元件的实心区域，所述开放中空区域彼此界定开，具体为朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件的开放中空区域，具体地，其中，所述实心区域和所述开放中空区域交替地且相互邻近地布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述第一层边界和所述第二层边界平行布置，具体地配置为成平行面的平面，其中，所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件优选地从所述第一层边界延伸至所述第二层边界。
6.根据权利要求3和5中一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
周期性布置的所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件的至少一个晶格常数，优选地所有所述晶格常数，和/或周期性或非周期性布置的所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件的平均间距满足条件(Ia)
其中，n1是所述第一有效折射率，以及pmax是所述晶格常数和/或所述平均间距的值。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件形成为凹陷部，具体地包括孔或气孔，和/或所述实心第一结构元件形成为升高部，具体地包括柱状部或块状部，具体地，其中，仅存在升高部而没有开放中空第一结构元件或者仅存在凹陷部而没有实心第一结构元件。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件具有至少一个晶格常数和/或一个平均间距，所述至少一个晶格常数和/或所述一个平均间距处于0.1μm至4μm范围内，优选地处于0.4μm至2μm范围内，以及特别优选地处于0.7μm至1.3μm范围内。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述实心第一结构元件具有填充系数，所述填充系数处于所述传输层的1％体积至85％体积范围内，优选地3％体积至30％体积的范围内，以及特别优选地10％体积至20％体积的范围内。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述实心第一结构元件具有高度和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件具有深度，所述高度或所述深度从所述第一层边界朝向所述第二层边界确定，处于0.5μm至50μm的范围内，具体地处于1μm至20μm的范围内，以及特别优选地处于4μm至6μm的范围内，和/或
所述第一层边界与所述第二层边界之间的距离处于0.5μm至50μm的范围内，具体地处于1μm至20μm的范围内，以及特别优选地处于4μm至6μm的范围内，和/或
从所述第一层边界到所述第二层边界的距离与所述实心第一结构元件的所述高度或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件的所述深度相对应。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件每个均具有至少一个横截面区，具体地具有多个相同的横截面区，具体地，根据权利要求4，具体地，所述横截面区与所述第一层边界和/或所述第二层边界正交和/或平行。
12.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述第二边界表面区域和/或所述第三边界表面区域具有第二结构元件，具体为实心第二结构元件和/或开放中空第二结构元件，和/或
所述ATR反射元件包括至少一个第四边界表面区域，所述至少一个第四边界表面区域具有第二结构元件，具体为实心第二结构元件和/或开放中空第二结构元件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述主体和所述传输层，具体为所述主体和所述实心第一结构元件，由一种材料组成，具体地，构造成整块件，和/或
所述主体和所述实心第二结构元件由一种材料组成，具体地，构造成整块件。
14.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述第一有效折射率n1和所述第二有效折射率n2每个均使用IR波长为15μm的电磁辐射在25℃下的真空中确定，所述IR波长具体为10μm，优选地5μm，特别优选地2μm。
15.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述ATR反射元件和/或所述主体，具体为包括所述第一结构元件和/或所述第二结构元件的所述ATR反射元件，包括晶体或构成晶体，所述晶体具体为单晶体，和/或
所述ATR反射元件部分或完全地由硅和/或锗和/或硒化锌和/或金刚石和/或碘溴化铊和/或AMTIR形成，优选地由硅、锗或硒化锌形成。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
具有第二结构元件的所述边界表面区域不布置在所述ATR反射元件的存在有所述传输层的侧部上，和/或
具有第二结构元件的所述边界表面区域布置在所述ATR反射元件的与所述传输层相对的侧部上。
17.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述ATR反射元件设计为单反射元件或多次反射元件。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
各个相邻的实心第二结构元件之间的平均间距和/或各个相邻的中空第二结构元件之间的平均间距大于各个相邻的实心第一结构元件之间的平均间距和/或朝向所述第二层边界开放的各个相邻的中空第一结构元件之间的平均间距，和/或
所述实心第一结构元件和/或所述中空第一结构元件以及所述实心第二结构元件和/或所述中空第二结构元件是周期性布置的，具体地，其中，所述中空第二结构元件和/或所述实心第二结构元件的至少一个晶格常数大于所述中空第一结构元件和/或所述实心第一结构元件的至少一个晶格常数，优选地大于所述中空第一结构元件和/或所述实心第一结构元件的所有所述晶格常数。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述实心第二结构元件和/或所述中空第二结构元件每个均具有平均间距和/或至少一个晶格常数，所述至少一个晶格常数具体为布拉维晶格常数，优选地，所有所述晶格常数处于30μm至3000μm的范围内，优选地100μm至1000μm的范围内，以及特别优选地400μm至600μm的范围内，和/或
所述实心第一结构元件和/或所述中空第一结构元件的平均间距和/或至少一个晶格常数、优选地多个晶格常数、特别优选地所有晶格常数每个均小于所述实心第二结构元件和/或所述中空第二结构元件的相应平均间距和/或至少一个晶格常数、优选地多个所述晶格常数、特别优选地所有晶格常数的至少五分之一、具体地十分之一。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述中空第二结构元件包括或构成为V形槽，具体地通过高原区间隔开的V形槽，优选地通过根据权利要求19的平均间距间隔开的槽。
21.根据权利要求20所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述V形槽具有处于15μm至1517μm范围内的平均深度或绝对深度，优选地50μm至1000μm范围内的平均深度或绝对深度，以及特别优选地100μm至300μm范围内的平均深度或绝对深度。
22.根据权利要求20或21所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述主体的设置有第二结构元件的所述边界表面区域，具体为第二边界表面区域和/或第三边界表面区域和/或第四边界表面区域，具有小于所述边界表面区域的50％、优选地小于所述边界表面区域的5％以及特别优选地小于所述边界表面区域的0％的掩模区域，具体地，其中，所述掩模区域与V形槽之间的所述高原区相对应。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的ATR反射元件，所述ATR反射元件使用制造方法获得或能够使用制造方法获得，所述制造方法包括提供特别平坦的、成平行面的基底，具体为硅晶片，以及通过下列步骤形成包括第一结构元件的传输层：
1)将至少一个涂覆层施加到所述基底的平坦的第一区上，优选地施加到所述第一边界表面区域上，所述至少一个涂覆层具体为光刻层，
以及通过后续的第一蚀刻法形成所述传输层，所述第一蚀刻法是干蚀刻法，具体地，所述第一蚀刻法包括以下所列顺序的步骤：
2a)通过光刻法机械加工所述基底的所述第一区，所述光刻法具体为DUV光刻法，
3a)将第一结构元件的硅各向异性地蚀刻到所述基底的所述第一区中，具体地使用干蚀刻过程，优选地通过反应离子蚀刻(RIE)和/或深度反应离子蚀刻(DRIE)，具体为蚀刻到所述基底的所述第一边界表面区域中，所述第一结构元件具体为硅第一结构元件，
以及可选地通过利用第二蚀刻法形成第二结构元件来形成所述传输层，具体为湿化学蚀刻法，所述第二蚀刻法包括以下所列顺序的步骤：
5)将至少一个涂覆层施加到与所述第一区相对的、平坦的第二区上，具体施加到所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域上，所述至少一个涂覆层具体为光刻层，
6)通过光刻法机械加工所述基底的所述第二区，具体地机械加工所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域，
7)各向异性地蚀刻所述基底的所述第二区的硅，具体地通过湿化学蚀刻法，优选地通过KOH蚀刻，具体地蚀刻所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域，
其中，所述第二结构元件在所述第一结构元件之后前或之后形成。
24.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
根据权利要求23提供的所述主体和/或所述传输层和/或所述基底包括或构成为硅(110)基底，具体为硅(110)晶片，和/或
所述传输层通过干蚀刻方法提供，以及所述第二结构元件通过湿蚀刻方法提供。
25.根据前述权利要求中任一项所述的ATR反射元件，其特征在于，
所述第一结构元件形成关于波长λATR的亚波长结构(亦称为亚测量波长结构)，和/或所述传输层包括关于波长λATR的亚波长结构。
26.ATR光谱仪，具体为FTIR-ATR光谱仪，包括：
光源，具体为红外光源；
检测器；
光学元件，具体为镜子和/或透镜，用于指引由所述光源生成的光束；以及
根据权利要求1至25中任一项所述的至少一个ATR反射元件。
27.根据权利要求26所述的ATR光谱仪，其特征在于，在所述ATR光谱仪的普通使用情况下，所述传输层的所述第二层边界包括或构成为样品摄取区，或
包括第二结构元件或由第二结构元件形成的边界表面区域包括或构成为样品摄取区。
28.根据权利要求26或27所述的ATR光谱仪，其特征在于，包括第二结构元件的至少一个边界表面区域构成用于耦合和/或解耦所述电磁辐射的所述第二边界表面区域和/或所述第三边界表面区域，具体地，其中，所述光源布置成使得电磁辐射通过所述第二边界表面区域进行耦合以及通过所述第三边界表面区域进行解耦。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的ATR光谱仪，其特征在于，所述实心第一结构元件和/或朝向所述第二层边界开放的所述中空第一结构元件的至少一个晶格常数，具体为布拉维晶格常数，优选地所有晶格常数和/或平均间距满足关系(II)
其中，n1b构成为所述ATR反射元件的所述主体在所述波长λATR2的电磁辐射和25℃的真空下的第三有效折射率，以及α1表示所述第一层边界处的、具体地通过所述光源的布置预定的入射角，
其中，pmax是所述晶格常数和/或平均间距的值，以及λATR2优选地是15μm、10μm、5μm或2μm的波长，具体为10μm或5μm的波长。
30.ATR光谱方法，其特征在于，
将流体，具体为包括至少一种分析物的流体，引入到ATR反射元件的传输层中，所述ATR反射元件具体为根据权利要求1至25中任一项所述的ATR反射元件，
所述方法如下文中所述继续进行测量，或所述流体首先部分地或完全地蒸发，具体地通过提供热能蒸发，
将光束，具体为红外线范围内的光束，耦合到所述ATR反射元件中并退出所述ATR反射元件，其中，所述光束在耦合与解耦之间至少撞击一次，具体地以所列顺序撞击至少一次，
撞击到第一层边界上，以及穿入到由所述第一层边界界定的所述传输层中并能够摄取流体，所述第一层边界具体为平面的，其中，所述光束在所述第一层边界处、在通过所述传输层的通道上经历折射，通过摄取到所述传输层中的所述流体和/或分析物经历传输，
以及撞击到流体可渗透的、具体为平面的所述第二层边界上，其中，所述光束在所述第二层边界处经历全反射，其中，所述光束在通过所述传输层的另外通道上，通过摄取到所述传输层中的所述流体和/或分析物再次经历传输，
其中，在传输时，所述光束还通过所述流体和/或通过所述分析物经历吸收，
其中，在经历所述第二层边界处的全反射的至少一种情况之后，所述光束在所述第一层边界处再一次进入所述ATR反射元件的所述主体，以及
其中，在从所述ATR反射元件出来之后，利用检测器检测通过吸收减弱的所述光束。
31.根据权利要求30所述的ATR光谱方法，其特征在于，
将所述流体，具体为包括至少一种分析物的流体，分发到所述ATR反射元件的样品摄取区上并渗入到所述传输层中，优选地，其中，所述流体然后蒸发，以及包含在所述流体中的分析物保留在所述传输层中，以及可选地还保留在所述传输层上。
32.用于生产根据权利要求1至25中任一项所述的ATR反射元件的方法，包括：
提供具体为平坦的、成平行面的基底，具体为硅晶片，以及通过以下形成包括第一结构元件的传输层：
1)将至少一个涂覆层施加到所述基底的平坦的第一区上，优选地施加到所述第一边界表面区域上，所述至少一个涂覆层具体为光刻层，
以及通过后续的第一蚀刻法形成所述传输层，所述第一蚀刻法是干蚀刻法，具体地，所述第一蚀刻法包括以下所列顺序的步骤：
2a)通过光刻法机械加工所述基底的所述第一区，所述光刻法具体为DUV光刻法，
3a)将所述第一结构元件的硅各向异性地蚀刻到所述基底的所述第一区中，具体为蚀刻到所述基底的所述第一边界表面区域中，具体地使用干蚀刻过程，优选地通过反应离子蚀刻(RIE)和/或深度反应离子蚀刻(DRIE)，所述第一结构元件具体为硅第一结构元件，或
通过后续的金属辅助化学蚀刻(MACE)法形成所述传输层，具体地，所述金属辅助化学蚀刻法包括以下所列顺序的步骤：
2b)形成薄金属层，具体为贵金属层，优选地金层和/或银层，其中，所述金属层的厚度优选地与所述传输层的厚度相对应，
3b)将所述金属层结构化，具体地通过蒸发所述金属，使得所述金属层的亚区域被去除，
4b)各向异性地蚀刻所述金属层的所述硅，具体地通过HF/H2O2，以及随后除去所述金属层，从而在所述第一区中形成第一结构元件，具体为硅第一结构元件，或
通过后续的剥离法形成所述传输层，具体地，所述剥离法包括以下所列顺序的步骤：
2c)通过光刻法机械加工所述基底的所述第一区，所述光刻法具体为DUV光刻法，
3c)沉积形成所述传输层的材料，具体地通过热蒸发，
4c)移除所述涂覆层，具体地湿化学溶解所述涂覆层，从而形成所述第一结构元件。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
通过第二蚀刻法形成第二结构元件，具体为湿化学蚀刻法，所述第二蚀刻法包括以下所列顺序的步骤：
5)将至少一个涂覆层施加到与所述第一区相对的、平坦的第二区上，具体为所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域上，所述至少一个涂覆层具体为光刻层，
6)通过光刻法机械加工所述基底的所述第二区，具体为所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域，
7)各向异性地蚀刻所述基底的所述第二区的硅，具体地通过湿化学蚀刻法，优选地KOH蚀刻，具体地蚀刻所述主体的所述第二边界表面区域、所述第三边界表面区域和/或所述第四边界表面区域，
其中，所述第二结构元件在所述第一结构元件之后前或之后形成。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其特征在于，提供的所述基底包括或构成为硅(110)基底，具体为硅(110)晶片，和/或
所述传输层通过干蚀刻方法提供，以及所述第二结构元件通过湿蚀刻方法提供。
35.使用根据权利要求1至25中任一项所述的ATR反射元件或根据权利要求26至29中任一项所述的ATR光谱仪测量IR光谱，所述IR光谱具体为包括500cm-1至3500cm-1波数范围的IR光谱。
36.根据权利要求1至25中任一项所述的ATR反射元件或根据权利要求26至29中任一项所述的ATR光谱仪的使用，其中，在所述ATR光谱仪的普通使用情况下，所述传输层的所述第二层边界包括或构成为样品摄取区，用于测量包含在流体中和已渗入到所述传输层中的分析物，和/或用于通过所述传输层将流体中存在的分析物与物质进行分离，所述物质具体为具有比所述分析物大的直径的化学混合物，优选地，其中，在室温下不溶解的所述分析物的物质状态为固体。
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