طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز (Infrared Spectroscopy) (بخش دوم)

کاربردهای طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز

مهمترین کاربرد طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز، تشخیص گروه ­های عاملی و تعیین ساختار ترکیب­ های آلی است. در حال حاضر، این روش در زمینه ­های شیمی، صنایع دارویی، پلیمرها، محیط­زیست، علوم زیستی، هوافضا و در زمینه های مختلف فناوری نانو مورد استفاده قرار می­ گیرد. صنایع و فناوری ­های گوناگونی از طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز استفاده می­ کنند. در زیر چند مثال بررسی شده­ اند [1]:

صنایع پلیمری

طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز برای شناسایی دقیق و سریع ترکیب ­های شیمیایی مانند پلاستیک­ ها، رنگ ­ها، رزین­ ها، لاستیک­­ ها و چسب­ ها کاربرد دارد. این روش در تمام مراحل طراحی، تولید و بازیافت استفاده می­ شود. همچنین، طیف­ سنجی مادون قرمز برای ارزیابی ترکیب، شناسایی افزودنی­ ها، وجود آلاینده­ ها و میزان تخریب پلیمرها کاربرد دارد.

شکل 1 کاربرد طیف سنجی مادون قرمز در صنایع پلیمری.

صنایع غذایی

شرکت­ های صنایع غذایی برای جلب رضایت مشتری و همچنین وجود قوانین سختگیرانه در تولید محصول­ های غذایی، نیاز به یک روش آسان و کم­ هزینه جهت آنالیز مواد غذایی دارند. به عنوان مثال، با استفاده از طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز تشخیص سریع محصول­ های حاوی گرو­ه ­های چربی ترانس به سهولت قابل بررسی است.

شکل 2 کاربرد طیف­ سنجی مادون قرمز در صنایع غذایی.

کاربرد در محیط­ زیست

طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز یک روش ارزشمند برای بررسی متغیرهای محیط ­زیستی مانند کیفیت هوا، کیفیت آب و آنالیز میزان آلودگی­ های موجود در خاک است. این آزمون، یک روش “سبز” و سریع برای سنجش نمونه ­ها ارائه می­ دهد. همچنین، نتایج دقیق با هزینه اندک از ویژگی­ های این روش در کاربردهای محیط ­زیستی هستند.

شکل 3 کاربرد طیف سنجی مادون قرمز در محیط زیست.

پزشکی قانونی

آژانس مبارزه با مواد مخدر، پلیس و بخش جنایی وابستگی زیادی به طیف­ سنجی ارتعاشی مادون قرمز برای بررسی مدارک صحنه جرم، مواد و داروهای غیرقانونی، کالاهای تقلبی و مواد مخدر دارند. این روش، تجزیه و تحلیل سریع و آسان برای شناسایی مواد مخدر کشف شده، رنگ و مواد، و بررسی پارچه و نخ در صحنه­ های جرم را امکان ­پذیر کرده است.

شکل 4 کاربرد طیف سنجی مادون قرمز در پزشکی قانونی.

به­ طور کلی، مهمترین کاربردهای طیف­ سنجی مادون قرمز به شرح زیر هستند:

– شناسایی گروه­ های عاملی و تعیین ساختار

– سنجش پیشرفت در واکنش ­های مختلف

– شناخت ساختار پلیمرها و سنجش تخریب آن­ها

– تشخیص و شناسایی ناخالصی­ و آلودگی­ های مختلف در نمونه

– تمیز دادن عامل دار شدن یک ترکیب با مقایسه طیف اولیه و نهایی

– تعیین حضور پیوند هیدروژنی در نمونه­ های مختلف

– شناسایی گونه­ های حاوی فسفر، گوگرد، سیانید، هالوژن­، بور و …

– تجزیه کمی در نمونه­ های خالص یا مخلوطی از دو یا چند ماده

– خوانش میزان جذب لیپیدها و چربی ­ها بر روی سطح

– کاربرد در آزمایش ­های بالینی مانند تشخیص اوره و گلوکز در خون

– شناخت تداخل سموم و داروها در پژوهش­ های پزشکی

– کاربرد در صنایع غذایی، کاغذسازی، کشاورزی و رنگ­سازی

آماده سازی نمونه

طیف­ سنجی مادون ­قرمز برای نمونه ­های جامد، مایع و گاز کاربرد دارد. نمون ­های جامد به شکل پودری یا ورقه ­ای شکل (بیشتر برای نمونه­ های پلیمری) استفاده می­ شوند. در این نمونه­ ها بیشتر از پتاسیم برمید (KBr) برای رقیق­ سازی و تهیه قرص استفاده می­ شود. برای بررسی طیف نمونه ­های مایع، یک قطره از نمونه مایع بین دو صفحه صیقلی پتاسیم برمید ریخته می­ شود و با اندکی فشار نمونه بین دو صفحه پخش می­ شود. البته برای نمونه­ های حاوی آب یا الکل که قادر به حل کردن پتاسیم برمید هستند صفحه­ های نقره کلرید استفاده می­ شود. نمونه ­های گازی نیاز به آماده ­سازی خاصی ندارند ولی باید از سل­ های مخصوص برای آن­ها استفاده کرد. آماده­ سازی نمونه­ های طیف­ سنجی مادون­ قرمز در حالت­ های مایع، جامد و گاز (از راست به چپ) در شکل زیر مشاهده می­ شوند [2].

شکل 5 آماده­ سازی نمونه ­های طیف­ سنجی مادون­ قرمز در حالت­ های مایع، جامد و گاز (از راست به چپ) [2].

مزایا و کاستی ­های طیف­ سنجی مادون­ قرمز

از مهم­ترین مزایای طیف­ سنجی مادون­ قرمز سرعت بالای این روش، حساسیت و عملکرد نوری بالای آن است. همچنین، عملکرد مکانیکی این دستگاه ساده است و نیازی به کالیبراسیون دستی ندارد. اگرچه، محدودیت­ هایی مانند حساسیت سطحی محدود و داد­ه­ های اندک در مورد مواد غیرآلی به ­ویژه ترکیب ­های دارای عناصر سنگین وجود دارد. همچنین، حدود ۹۵ درصد کاربرد این دستگاه کیفی است.

گردآورنده: جمال الدین شاکری/ واحد تحقیق و توسعه

مراجع

[1]https://www.thermofisher.com/de/de/home/industrial/spectroscopy-elemental-isotope-analysis/ spectroscopyelemental-isotope-analysis-learning-center/molecular-spectroscopy-information/ftir information/ftir-applications.html

[2]https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Physical_Methods_in_Chemistry_and_Nano_Science_(Barron)/04%3A_Chemical_Speciation/4.02%3A_IR_Spectroscopy