طیف سنجی مادون قرمز

آنالیزآنالیزها و تجهیزاتزیست فناوریشیمی، پلیمر و نساجیصنایع غذاییمتالورژی و مهندسی موادنانوتکنولوژی

نوشته شده توسط:

طیف سنجی مادون قرمز FTIR (Fourier Transform Infrared) روشی است که در آن جذب تابش و جهش‌های ارتعاشی مولکول‌ها و یون‌های چند اتمی مورد بررسی قرار می‌گیرد. این روش به عنوان روشی پرقدرت و توسعه یافته برای تعیین ساختار و اندازه‌گیری گونه‌های شیمیائی به کار می رود. همچنین این روش عمدتاً برای شناسایی ترکیبات آلی به کار می‌رود، زیرا طیف‌های این ترکیبات معمولاً پیچیده هستند و تعداد زیادی پیک‌های ماکسیمم و مینیمم دارند که می‌توانند برای مقایسه‌ به کار گرفته شوند.

 

ارتعاشات اتمی

در مولکول‌ها دو نوع ارتعاش وجود دارد که اصطلاحاً ارتعاش‌های کششی و خمشی نامیده می‌شوند. ارتعاش کششی به دو حالت متقارن و نامتقارن تقسیم‌بندی می‌شود. هر گاه یک نیم متناوب کششی نامتقارن رخ دهد، گشتاور دو قطبی در یک جهت تغییر می‌یابد و در نیم تناوب دیگر، گشتاور دو قطبی در جهت مخالف جابه‌جا می‌گردد. بدین ترتیب گشتاور دو قطبی با فرکانس ارتعاشی مولکول، نوسان می‌نماید (این نوسان باعث ارتقای مولکول به نوار جذبی مادون قرمز می‌گردد و به همین علت آن را فعال مادون قرمز می‌نامند.)

 

مادون قرمز

در حالت ارتعاش کششی متقارن، دو اتم در یک نیم‌ تناوب ارتعاشی، در جهات مختلف حرکت می‌کنند که در این صورت تغییر نهایی در گشتاور دو قطبی مولکول به وجود نمی‌آید و به همین علت آن را غیرفعال مادون قرمز می‌نامند. در این حالت، تغییر در فواصل درون مولکولی، بر قابلیت قطبی شدن پیوندها اثر می‌گذارد. لذا در قطبش پذیری مولکول تغییر حاصل می‌شود و این حالتی است که در طیف سنجی رامان مورد توجه قرار می‌گیرد.

برهم‌کنش تابش مادون قرمز با یک نمونه باعث تغییر انرژی ارتعاشی پیوند در مولکول‌های آن می‌شود و روش مناسبی برای شناسایی گروه‌های عاملی و ساختار مولکولی است. شرط جذب انرژی مادون قرمز توسط مولکول این است که گشتاور دو قطبی در حین ارتعاش تغییر نماید. در طیف الکترومغناطیسی ناحیه بین µm 400-0.8 مربوط به ناحیه مادون قرمز است ولی ناحیه‌ایی که جهت تجزیه شیمیائی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بین µm 50 -0.8 است.

طیف سنجی مادون قرمز

شکل ۱ارتعاش‌های کششی متقارن(سمت چپ) و نامتقارن(سمت راست) در یک مولکول

ناحیه بالاتر از µm 50  را ناحیه مادون قرمز دور، ناحیه بین µm 2.5-0.8 ناحیه مادون قرمز نزدیک و ناحیه بینµm 25-8 را ناحیه اثر انگشت مینامند. هر جسم در این ناحیه یک طیف مخصوص به خود دارد که برای شناسایی گروه های عاملی آن به کار میرود.

شناسایی کیفی یک نمونه مجهول

برای شناسایی کیفی یک نمونه مجهول، نوع گروه های عاملی و پیوندهای موجود در مولکول های آن، طیف مادون قرمز نمونه را رسم نموده و با مراجعه به جداول مربوطه که موقعیت ارتعاش پیوندهای مختلف و یا طیف IR اجسام را نشان می دهند، طول موج یا عدد موج گروه ها و پیوندها را شناسایی می کنند.
در طیف نورسنجی معمولی  IR، طیف الکترومغناطیسی در ناحیه مرئی تا مادون قرمز گسترده می شود. سپس بخش کوچکی از آن بر حسب فرکانس یا طول موج به آشکارساز رسیده و ثبت می شود. در این حالت طیف به دست آمده، در محدوده فرکانس یا طول موج ثبت خواهد شد. ویژگی FTIR این است که تمام طول موج های ناحیه طیفی مورد نظر در یک زمان به نمونه تابیده می شود. در حالی که در روش های پاشنده تنها بخش کوچکی از طول موج ها در یک زمان به نمونه می رسند. بنابراین سرعت، قدرت تفکیک و نسبت سیگنال به نویز در روش تبدیل فوریه برتری قابل ملاحظه ای نسبت به روش معمولی IR دارد.

 

اطلاعاتی که از طیف سنجی FTIR به دست می آید:
برخی اطلاعاتی که می توان از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) بدست آورد شامل موارد ذیل است:

  • تشخیص مواد مجهول
  • تعیین کیفیت یا یکنواختی نمونه
  • تعیین مقدار اجزاء تشکیل دهنده یک مخلوط
  • شناسایی مخلوط ترکیبات آلی و غیرآلی بشرطی که هردو ماده جامد یا مایع باشند.
  • آنالیز لایه نازک
  • آنالیز چسب ها، پوشش ها و مواد ارتقاء دهنده چسبندگی یا اتصال دهنده ها
  • شناسایی پلیمرها و مخلوط های پلیمری
  • آنالیز حلال ها، مواد تمیزکننده و شوینده های مجهول

طیف سنجی مادون قرمز

مزایای تست FTIR

  • سرعت : به دلیل اندازه گیری هم زمان تمام فرکانس ها اندازه گیرهای FT-IR در چند ثانیه انجام می شود.
  • حساسیت: حساسیت FT-IR بالاست. آشکارسازهای مورد استفاده بسیار حساس بوده و عملکرد اپتیکی بالایی دارند که باعث می شود پارازیت های به وجود امده بسیار کاهش یابد.
  • عملکرد مکانیکی ساده: آینه ی متحرک در تداخل سنج تنها قسمت متحرک دستگاه می باشد. بنابراین احتمال ازکارافتادگی مکانیکی دستگاه بسیار کم است.
  • کالیبراسیون ذاتی: این وسیله از لیزر HeNe به عنوان استاندار کالیبراسیون داخلی استفاده می کند که هیچگاه نیاز به کالیبره کردن توسط استفاده کننده ندارد.

 

آنالیز ATR چیست؟

در تکنیک ATR از خواص بازتاب داخلی کل (total internal reflection) استفاده می شود. تابش مادون قرمز از کریستال ATR عبور می کند به گونه ای که حداقل یک بار از سطح داخلی در تماس با نمونه منعکس شود. عمق نفوذ تابش به نمونه معمولا بین ۰٫۵ تا ۲ میکرومتر است که مقدار دقیق آن به وسیله طول موج نور، زاویه تابش و شاخص های بازتاب برای کریستال ATR و مشخصات نمونه بستگی دارد.

در نتیجه آنالیز FTIR و همینطور آنالیز ATR به عنوان روشی پر قدرت و توسعه یافته برای تعیین ساختار و شناسایی ترکیبات آلی، پیوندهای شیمیایی و شناسایی گروه های عاملی و ساختار مولکولی بکار می رود.

 کاربردهای طیف سنجی مادون قرمز

طیف سنجی مادون قرمز

شناسایی برخی تقلبات مواد غذایی

برای یک بدن سالم، رژیم غذایی متعادل که از تغذیه خوب و از طریق مواد غذایی مناسب به دست آمده است لازم می باشد. این روزها، بسیاری از مردم عمل تقلب در مواد غذایی را به منظور افزایش سودآوری از راه غیر قانونی و کسب درامد از طریق فریب مصرف کنندگان را انجام میدهند. تقلب در مواد غذایی یک مشکل جدی در صنعت غذا می باشد که سبب فساد مواد غذایی می گردد و اثرات مضر آن به طو رمستقیم برسلامت انسان نقش مخرب دارد. اقلام مواد غذایی می گردد و اثرات مضر ان به طور مستقیم برسلامت انسان نقش مخرب دارد. اقلام مواد غذایی مانند شیرو محصولات مشتق از ان ، آب عسل، غذاهای ارگانیک ،قهوه و برخی از غذاهای فراوری شده بیشتر مستعد ابتلا به تقلبات هستند.

بر خلاف روش های قدیمی، یک تکنولوژی نوین به نام طیف سنجی مادون قرمز تبدیل قوریر(FTIR) به عنوان کاربرد محتمل در تشخیص تقلبات مواد غذایی ظاهر شده است. روش (FTIR) در اصل از تعامل اشعه های الکترومغناطیسی با مولکول های غذایی با انرژی مشخص عمل می کند. دو منطقه از طیف الکترومغناطیسی از جمله طیف سنجی نزدیکnear infraredطیف سنجی میانیmid infrared نقاط کانون مورد نظر در این مطالعه هستند. در صنایع غذایی روش طیف سنجی مادون قرمز تبدیل قوریر بسیار مناسب، خودکار،مقرون به صرفه در زمان با توان عملیاتی بالا، غیر مخرب در مواد غذایی از لحاظ جسمی و شیمیایی می باشد.به علاوه این روش درهمکاری با سیستم داده های تحلیلی بسیار فوق العاده جهت توصیف غذا ازمقدارهای بسیار بزرگ به سطوح جزئی در پیشرفت کنترل کیفیت آن ها می باشد.

کابرد در علوم پزشکی

طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه ابزاری قدرتمند برای مطالعات بیولوژیک است. از جمله مزیت های طیف سنجی مادون قرمز امکان استفاده از آن برای انواع نمونه ها در حالت های مختلف فیزیکی است. تاکنون ویژگی های سیستم های سازنده بیولوژیک از جمله پروتئین ها، لیپیدها، غشاءهای بیولوژیک، کربوهیدرات ها، داروها، و… به وسیله طیف سنجی IR مورد مطالعه و شناسایی قرار گرفته اند.

از جمله مواردی که از طیف سنجی مادون قرمز در علوم پزشکی می توان بهره برد می توان به شناسایی پروتئین ها، چربی ها و اسیدهای نوکلئیک، تشخیص حالات پاتولوژیک، شناسایی عملکرد گیرنده های سلولی، شناخت تداخل داروها و سموم با بیومولکول های سلولی اشاره کرد. با همه این تفاسیر و بررسی تحقیقات جاری و همچنین امیدواری محکمی که انستیتوی سرطان آمریکا (NCI) و همچنین مرکز ملی تحقیقات کانادا (NRC) و بسیاری از مراکز معتبر و بزرگ تحقیقاتی دنیا به کاربرد از طیف سنجی مادون قرمز برای اهداف پزشکی دارند، دورنمای استفاده از روش آسان، دقیق و منطقی طیف سنجی مادون قرمز بسیار روشن بوده و پیش بینی نقاط عطف دیگری در یافته های پزشکی به کمک این روش دور از انتظار نخواهد بود.

کاربرد در نساجی

طیف سنجی مادون قرمز به دلیل مزایای فراوان، پتانسیل استفاده در آزمایشات و تحقیقات مختلف را دارا می باشد. تقریبا تمام ترکیباتی که پیوند کووالانسی دارند، فرکانس های متفاوتی از اشعه الکترومغناطیس را در ناحیه مادون قرمز جذب می کنند و پس از جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول، موجب ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن می شود که اساس و مبنای طیف سنجی مادون قرمز را تشکیل می دهد.

طیف سنجی در بسیاری از زمینه ها مانند نساجی، پزشکی، کشاورزی، دامپزشکی، دارویی، مواد غذایی، نفت، ژنتیک و غیره کاربرد داشته و می تواند به توصیف کمی و کیفی مواد و پدیده ها بپردازد. به طور کلی می توان بیان نمود که FTIR در نساجی نیز همانند سایر رشته ها کاربرد فراوانی دارد. از جمله این کاربردها می توان به استفاده در شناسایی و تفکیک قارچ ها در آثار چرمی، تاثیر آنزیم روی ساختار شیمیایی پارچه، بررسی واکنش استری شدن، جذب سطحی آب بر روی لیف اشاره نمود.

کاربرد در تحقیقات دندانپزشکی

یکی از محبوب ترین کاربردهای طیف سنجی مادون قرمز محاسبه درجه تبدیل در مواد دندانی با بیس رزینی است. همچنین برای بررسی ساختار شیمیایی دندان و استخوان و کلسیم فسفات های مصنوعی و تشخیص میکروارگانیسم ها و حالت های پاتولوژیک هم به کار گرفته شده است.

کاربرد طیف سنجی مادون قرمز در ارزیابی کیفیت درونی میوه های سیب، پرتقال و کیوی به صورت غیر مخرب

امروزه تعیین کیفیت درونی میوه ها و سبزی ها یکی از فعالیت های پس از برداشت است که با توجه به رشد تقاضا برای محصولات سالم و دارای کیفیت بالا بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. تعیین رسیدگی مهم ترین قسمت در ارزیابی کیفیت درونی میوه ها می باشد که به چند عامل مانند میزان مواد جامد حل شدنی(SSC)، سفتی و اسیدیته (PH) بستگی دارد. نتایج آزمایشات نشان داد که طیف عبوری به میوه مورد آزمایش و مواد تشکیل دهنده آن بستگی دارد و می توان با انجام طیف سنجی مادون قرمز خصوصیات کیفی مورد نظر میوه را به صورت غیر مخرب پیش بینی کرد.

کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر FTIR در آنالیز پالم موجود در روغن‌ها

روغن پالم کاربردهای مختلفی برای مثال به‌عنوان سوخت زیستی بیودیزل و تولید صابون دارد. اخیراً این روغن به‌دلیل قیمت پایین وارد حوزه مواد غذایی شده و تبدیل به یکی از واژه‌های نگران‌کننده در ذهن ایرانیان شده است.براساس تمهیدات صورت گرفته از سوی سازمان‌ غذا دارو، کارخانجات مواد غذایی موظف به اخذ گواهی تایید صلاحیت محصول از یکی از آزمایشگاه‌های معتمد اداره استاندارد هستند. آزمایشگاه‌های معتمد غذا و دارو معمولاً از دستگاه طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه یا FTIR برای آنالیز ترکیبات آلی و روغن‌ها استفاده می‌کنند.

در یک مطالعه، با استفاده از دستگاه تبدیل فوریه FTIR چند برند تجاری روغن نباتی موجود در بازار مورد آزمایش قرار گرفت. نمونه‌های روغن شامل روغن نارگیل، زیتون، کلزا، کنجد و آفتابگردان بود. نتایج حاصل از آنالیز روغن پالم در روغن‌های نباتی توسط دستگاه اف‌تی‌آی‌آر با مقادیر استاندارد مقایسه و تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد که دستگاه FTIR به‌عنوان یک ابزار قدرتمند در آنالیز مواد آلی و روغن‌ها به‌شمار می‌رود. همچنین این دستگاه قابلیت تفکیک چربی از روغن را نیز دارا می‌باشد.

آنابیز مفتخر است به ارائه آزمون طیف سنجی مادون قرمز FTIR در بهترین آزمایشگاه های کشور برای کاربران گرامی، در صورت وجود هرگونه سؤال با ما در ارتباط باشید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *