FTIR

 FTIR یا طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared Spectrometer) یکی از تجهیزات مهم برای شناسایی ترکیبات و بررسی ساختار شیمیایی مواد است. این تکنیک با بررسی نحوه جذب تابش مادون قرمز توسط نمونه، اطلاعات ارزشمندی درباره پیوندهای شیمیایی و گروه های عاملی موجود در ماده ارائه می کند.

هر ترکیب شیمیایی می تواند الگوی جذب مادون قرمز مشخصی داشته باشد و همین الگو به عنوان نوعی اثر انگشت طیفی برای شناسایی ماده مورد استفاده قرار می گیرد. به همین دلیل FTIR در آزمایشگاه های کنترل کیفیت، صنایع دارویی و شیمیایی، تولید پلیمر، صنایع غذایی، تحقیقات دانشگاهی و آنالیز مواد ناشناخته کاربرد گسترده ای دارد.

یکی از مزایای مهم این روش، سرعت بالای اندازه گیری و امکان بررسی طیف وسیعی از نمونه ها با استفاده از متعلقات مختلف است. بسته به نوع نمونه، می توان از روش هایی مانند  ATR،  Transmission و Diffuse Reflectance استفاده کرد و بدون نیاز به تغییر اساسی در ساختار دستگاه، روش نمونه برداری را متناسب با کاربرد تغییر داد.

عملکرد دستگاه FTIR

مبنای کار FTIR ، اندازه گیری جذب تابش مادون قرمز در طول موج ها یا به بیان دقیق تر در اعداد موجی مختلف است. هنگامی که تابش مادون قرمز به نمونه برخورد می کند، برخی فرکانس ها توسط پیوندهای شیمیایی موجود در ماده جذب می شوند.

هر نوع پیوند و گروه عاملی دارای ارتعاشات مشخصی است؛ بنابراین موقعیت و شدت باندهای جذب می تواند اطلاعاتی درباره ساختار شیمیایی نمونه در اختیار قرار دهد.

در یک دستگاه FTIR ، نور مادون قرمز از یک منبع تولید شده و وارد تداخل سنج Michelson می شود. تداخل ایجادشده در مسیر نور، اطلاعات طیفی را به شکل یک سیگنال خام یا Interferogram ایجاد می کند. سپس با استفاده از تبدیل فوریه، این اطلاعات به طیف مادون قرمز تبدیل می شوند.

این فرآیند امکان ثبت سریع طیف و استخراج اطلاعات مربوط به جذب نمونه را فراهم می کند.

در مدل هایی مانند  IRXross از تداخل سنج Michelson با سیستم Dynamic Alignment استفاده شده است و دستگاه می تواند با سرعت اندازه گیری بالا طیف های موردنیاز را ثبت کند. در این مدل وضوح طیفی تا 0.25 cm⁻¹ و نسبت سیگنال به نویز بالا برای اندازه گیری های حساس ارائه شده است.

شناسایی مواد با استفاده از اثر انگشت طیفی

یکی از مهم ترین کاربردهای FTIR ، شناسایی مواد ناشناخته و تأیید هویت مواد شناخته شده است.

بخش مهمی از طیف مادون قرمز در محدوده ای قرار دارد که به آن ناحیه  Fingerprint یا اثر انگشت طیفی گفته می شود. الگوی این بخش می تواند برای مقایسه نمونه با طیف های مرجع و تشخیص شباهت یا تفاوت ترکیبات استفاده شود.

برای مثال، در کنترل کیفیت مواد اولیه، طیف نمونه دریافت شده می تواند با طیف مرجع ماده مقایسه شود. اگر الگوی طیفی تطابق مناسبی داشته باشد، می توان از آن برای تأیید هویت ماده استفاده کرد.

این قابلیت در آزمایشگاه هایی که تعداد زیادی ماده اولیه یا محصول را به صورت روتین بررسی می کنند، اهمیت زیادی دارد؛ زیرا فرآیند شناسایی را سریع تر و استانداردتر می کند.

روش های مختلف نمونه برداری

یکی از نقاط قوت FTIR، امکان استفاده از روش های مختلف برای ورود نمونه به مسیر اندازه گیری است. انتخاب روش مناسب به حالت فیزیکی نمونه، شفافیت آن در برابر مادون قرمز، سطح، ضخامت و هدف آنالیز بستگی دارد.

ATR

 ATR یا Attenuated Total Reflectance یکی از پرکاربردترین روش های نمونه برداری در FTIR است. در این روش نمونه با کریستال ATR در تماس قرار می گیرد و نیازی به آماده سازی پیچیده مانند تهیه قرص KBr برای بسیاری از نمونه ها وجود ندارد.

این روش برای نمونه های جامد، مایع، پودر، فیلم، پلیمر و بسیاری از مواد دیگر کاربرد دارد و به دلیل سرعت و سادگی، گزینه ای محبوب در آزمایشگاه های کنترل کیفیت محسوب می شود.

Transmission

در روش انتقالی، تابش مادون قرمز از نمونه عبور می کند و میزان جذب در مسیر نور اندازه گیری می شود. بسته به نوع نمونه ممکن است از سلول های مایع، فیلم های نازک یا قرص های KBr استفاده شود.

این روش برای کاربردهایی که ضخامت و آماده سازی نمونه به خوبی کنترل شده است، می تواند طیف باکیفیتی ارائه کند.

Diffuse Reflectance

در نمونه های پودری یا جامداتی که آماده سازی آن ها برای روش انتقالی دشوار است،  Diffuse Reflectance می تواند گزینه مناسبی باشد.

در تجهیزات Shimadzu، متعلقات بازتاب پخشی برای نمونه های پودری ارائه شده و نرم افزار LabSolutions IR نیز از تبدیل  Kubelka-Munk برای پردازش داده های بازتاب پخشی پشتیبانی می کند.

بنابراین می توان روش نمونه برداری را بر اساس ویژگی ماده انتخاب کرد و لازم نیست تمام نمونه ها با یک روش ثابت اندازه گیری شوند.

قابلیت اندازه گیری نمونه های مختلف

FTIR به یک نوع خاص از نمونه محدود نیست. بسته به متعلقات مورد استفاده، می توان مواد مختلفی را با این تکنیک بررسی کرد.

نمونه های جامد

پلیمرها، پودرها، مواد دارویی، مواد معدنی، مواد شیمیایی، پوشش ها، الیاف و بسیاری از جامدات را می توان با استفاده از ATR، انتقالی یا بازتاب پخشی بررسی کرد.

نمونه های مایع

برای مایعات، استفاده از ATR یا سلول های مخصوص انتقالی می تواند فرآیند اندازه گیری را ساده کند. این قابلیت در بررسی حلال ها، مواد شیمیایی، روغن ها و ترکیبات مختلف مایع کاربرد دارد.

فیلم و پلیمر

فیلم های پلیمری و پوشش ها از نمونه های رایج در FTIR هستند. استفاده از ATR یا Transmission بسته به ضخامت و ویژگی نمونه امکان بررسی ساختار شیمیایی و شناسایی مواد را فراهم می کند.

گازها

با استفاده از سلول های گازی مناسب، امکان بررسی ترکیبات گازی نیز وجود دارد. انتخاب مسیر نوری و طول سلول به غلظت ماده و حساسیت موردنیاز بستگی دارد.

نقش وضوح طیفی و نسبت سیگنال به نویز

دو پارامتر مهم در ارزیابی عملکرد یک دستگاه FTIR ،  Resolution و  Signal-to-Noise Ratio هستند.

وضوح طیفی مشخص می کند دستگاه تا چه اندازه می تواند باندهای نزدیک به یکدیگر را از هم تفکیک کند. در کاربردهایی که چند پیک نزدیک به هم وجود دارند، وضوح بالاتر می تواند به تفسیر دقیق تر طیف کمک کند.

از طرف دیگر، نسبت سیگنال به نویز نشان دهنده توانایی سیستم در تشخیص سیگنال واقعی در مقابل نویز زمینه است. این پارامتر به خصوص هنگام اندازه گیری نمونه های با جذب پایین یا زمانی که سیگنال موردنظر ضعیف است، اهمیت پیدا می کند.

برای نمونه،  IRXross نسبت سیگنال به نویز 55,000:1 را در شرایط مشخص اعلام می کند و علاوه بر آن، وضوح 0.25 cm⁻¹ و سرعت اندازه گیری تا 20 اسکن در ثانیه را ارائه می دهد.

البته این اعداد باید همیشه در کنار نوع نمونه، روش اندازه گیری و شرایط آزمون تفسیر شوند و صرفاً یک عدد بالاتر لزوماً به معنای مناسب تر بودن دستگاه برای تمام کاربردها نیست.

نرم افزار و تحلیل طیف ها

بخش مهم دیگری از عملکرد FTIR به نرم افزار مربوط می شود. حتی اگر سخت افزار دستگاه از حساسیت بالایی برخوردار باشد، تحلیل و تفسیر صحیح داده ها برای دستیابی به نتیجه قابل اعتماد ضروری است.

در سیستم های جدید Shimadzu ، نرم افزار  LabSolutions IR برای کنترل دستگاه و پردازش داده های FTIR استفاده می شود. همچنین ابزار  IR Pilot به عنوان سیستم راهنمای تحلیل، کاربر را در انتخاب و اجرای روش اندازه گیری هدایت می کند.

 IR Pilot در خانواده های مختلف FTIR این برند برای ساده تر کردن فرآیند آنالیز طراحی شده و در سری IRSpirit-X نیز مجموعه ای از برنامه های کاربردی آماده ارائه شده است که می تواند نیاز به تنظیم دستی بسیاری از پارامترها را کاهش دهد.

این قابلیت برای آزمایشگاه هایی که کاربران با سطوح مختلف تجربه دارند، اهمیت زیادی دارد؛ زیرا بخشی از فرآیند انتخاب شرایط اندازه گیری را استانداردتر می کند.

 FTIR میکروسکوپی و بررسی نواحی کوچک

در برخی نمونه ها، بررسی کل سطح ماده کافی نیست و لازم است یک ناحیه بسیار کوچک از نمونه مورد تحلیل قرار گیرد. در این شرایط می توان FTIR را به میکروسکوپ مادون قرمز متصل کرد.

ترکیب FTIR با میکروسکوپ امکان دریافت اطلاعات شیمیایی از نقاط کوچک نمونه را فراهم می کند و برای بررسی آلودگی های موضعی، ذرات ناشناخته، لایه ها، پوشش ها، پلیمرها و ساختارهای کوچک کاربرد دارد.

در سیستم های   Shimadzu ، ترکیب IRXross با میکروسکوپ مادون قرمز AIMsight امکان اندازه گیری نواحی میکروسکوپی را فراهم می کند و طبق اطلاعات سازنده، اندازه گیری در نواحی تا حدود 10 میکرومتر نیز قابل دستیابی است.

این قابلیت باعث می شود FTIR از یک ابزار صرفاً برای آنالیز نمونه های حجیم به یک سیستم مناسب برای آنالیز میکرو-ناحیه ای و شناسایی آلودگی ها نیز تبدیل شود.

کاربردهای FTIR

تنوع روش های نمونه برداری و قابلیت شناسایی گروه های عاملی باعث شده FTIR در صنایع و حوزه های علمی مختلف استفاده شود.

صنایع دارویی

در صنعت داروسازی، FTIR برای شناسایی مواد اولیه، بررسی مواد جانبی، کنترل کیفیت و تأیید هویت برخی ترکیبات مورد استفاده قرار می گیرد. این تکنیک می تواند برای بررسی نمونه های جامد، پودر و مواد دارویی مختلف به کار گرفته شود.

صنایع شیمیایی

شناسایی ترکیبات، بررسی گروه های عاملی، کنترل مواد اولیه و بررسی تغییرات شیمیایی از کاربردهای مهم FTIR در صنایع شیمیایی است.

پلیمر و پلاستیک

تشخیص نوع پلیمر، بررسی مواد افزودنی، شناسایی آلودگی و مقایسه نمونه ها از کاربردهای مهم این روش در صنعت پلیمر است.

صنایع غذایی

FTIR می تواند در بررسی ترکیبات مواد غذایی، کنترل کیفیت و شناسایی برخی تغییرات شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

کنترل کیفیت

یکی از کاربردهای مهم این دستگاه، مقایسه طیف نمونه با طیف مرجع است. این روش می تواند برای کنترل هویت مواد اولیه و بررسی تطابق محصولات مورد استفاده قرار گیرد.

تحقیقات و توسعه

در آزمایشگاه های تحقیقاتی، FTIR برای بررسی ساختار مواد، واکنش های شیمیایی، پلیمرها، پوشش ها، مواد جدید و بسیاری از پروژه های توسعه ای کاربرد دارد.

 FTIR در برند Shimadzu

 Shimadzu یکی از برندهای باسابقه در حوزه تجهیزات طیف سنجی است و خانواده های مختلفی از Fourier Transform Infrared Spectrophotometer را برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی ارائه کرده است.

یکی از نمونه های این خانواده، IRSpirit-X است که با تمرکز بر ابعاد کوچک، حساسیت بالا و قابلیت استفاده از متعلقات مختلف طراحی شده است. ابعاد این سری در حدود اندازه یک کاغذ A3 بوده و وزن مدل های این خانواده حدود 8.5 کیلوگرم اعلام شده است. همچنین امکان استفاده از متعلقات استاندارد Shimadzu و برخی متعلقات سازندگان دیگر در این سری وجود دارد.

در رده بالاتر، IRXross با تمرکز بر حساسیت، وضوح و سرعت اندازه گیری قرار دارد. این مدل نسبت سیگنال به نویز بالا، وضوح 0.25 cm⁻¹ و قابلیت های نرم افزاری مانند IR Pilot را ارائه می کند و برای کاربردهای متنوع آزمایشگاهی و به خصوص حوزه هایی مانند صنایع دارویی و شیمیایی طراحی شده است.

بنابراین انتخاب مدل باید بر اساس کاربرد واقعی، فضای آزمایشگاه، نوع نمونه، سطح حساسیت موردنیاز و تجهیزات جانبی مورد استفاده انجام شود.

راهنمای انتخاب دستگاه FTIR

هنگام خرید FTIR بهتر است تنها به نام برند یا حداکثر عدد وضوح طیفی توجه نشود. نیاز واقعی آزمایشگاه باید نقطه شروع انتخاب باشد.

نوع نمونه اولین عامل مهم است. اگر بیشتر نمونه ها جامد یا مایع هستند، ATR می تواند گزینه مناسبی باشد؛ در حالی که برای پودرها یا نمونه های خاص ممکن است بازتاب پخشی یا Transmission مناسب تر باشد.

حساسیت موردنیاز نیز اهمیت زیادی دارد. برای آنالیزهای روتین، یک سیستم استاندارد ممکن است کاملاً پاسخ گو باشد، اما نمونه های با سیگنال ضعیف یا کاربردهای تخصصی به عملکرد بالاتری نیاز دارند.

وضوح طیفی باید متناسب با نوع ترکیبات و نزدیکی باندهای موردنظر انتخاب شود.

قابلیت توسعه نیز موضوع مهمی است. امکان اضافه کردن ATR، سلول مایع، تجهیزات بازتاب پخشی، میکروسکوپ یا سایر متعلقات می تواند عمر کاربردی دستگاه را افزایش دهد.

در نهایت، نرم افزار، کتابخانه های طیفی، سهولت کاربری، امکانات مدیریت داده، شرایط محیطی و خدمات فنی نیز باید پیش از خرید بررسی شوند.

 FTIR در لاله تجهیز آزما

لاله تجهیز آزما با ارائه تجهیزات تخصصی آنالیز و اندازه گیری، امکان تأمین  FTIR برای آزمایشگاه های تحقیقاتی، دانشگاهی، صنعتی و کنترل کیفیت را فراهم می کند.

انتخاب دستگاه مناسب می تواند بر اساس نوع نمونه، روش اندازه گیری، حساسیت و وضوح موردنیاز، حجم کاری آزمایشگاه و تجهیزات جانبی موردنیاز انجام شود. برای کاربردهایی مانند شناسایی مواد اولیه، کنترل کیفیت، آنالیز پلیمرها و مواد شیمیایی یا بررسی نواحی میکروسکوپی، پیکربندی دستگاه و متعلقات آن باید متناسب با هدف آنالیز انتخاب شود.

اگر برای انتخاب مدل مناسب، بررسی مشخصات فنی، انتخاب ATR یا سایر متعلقات و دریافت مشاوره پیش از خرید نیاز به راهنمایی دارید، می توانید از طریق تماس با ما با کارشناسان لاله تجهیز آزما در ارتباط باشید.