همه مطالب پیرامون تست FTIR را از اینجا ببینید.
آنالیز FTIR مخفف عبارت تبدیل فوریه ی مادون قرمز است که یکی از روش های جدید طیف سنجی با مادون قرمز می باشد. در طیف سنجی مادون قرمز، پرتو IR به نمونه برخورد می کند.
همچنین جهت انجام تست، تعرفه این آزمون را می توانید از اینجا مشاهده فرمایید
اشعه مادون قرمز یا Infrared که در سال 1800 توسط سر ویلیام هرشل کشف شد به قسمی از طیف امواج الکترومغناطیسی با محدوده طول موج بین 0.78 تا 1000 میکرومتر گفته میشود که طول موج بلندتر از دامنه نور مرئی و کوتاه تر از دامنه امواج رادیویی دارد. این اشعه برای چشم انسان قابل رویت نیست. طیف فروسرخ یا مادون قرمز، به گستره‌ای از طول موج پس از امواج مرئی تا امواج رادیویی یعنی ۷۵۰ نانومتر تا ۱ میلی‌متر گفته میشود. در این ناحیه ارتعاشات مولکولی جذب دارند. در طیف بینی فروسرخ از طیفهای این ناحیه اطلاعات کیفی و کمی استخراج میشود که در شناسایی گروه عاملی مواد تعیین‌کننده است. این طیف به سه ناحیه فروسرخ نزدیک، میانه و دور تقسیم میشود. یکی از روش‌های طیف‌سنجی بسیار مفید که به ما در شناسایی نوع پیوندهای موجود در یک ترکیب کمک می‌کند طیف‌سنجی مادون قرمز (InfraRed) یا همان IR میباشد. طیف‌سنجی مادون قرمز، IR، روشی برای شناسایی مولکولها و بخصوص گروههای عاملی مولکول‌هاست. هر ماده‌ای، طیف مادون قرمز مخصوص به خود را دارد و همانند اثر انگشت، مختص همان مولکول میباشد. ما توسط این روش طیف‌سنجی نمی‌توانیم ساختار گسترده یک ترکیب را رسم کنیم ولی می‌توانیم از ماهیت پیوندها مانند پیوند یک‌گانه، دوگانه یا سه‌گانه آگاه شویم. از جمله مزایای این روش طیف‌سنجی، غیرتخریبی بودن آن میباشد که بر خلاف طیف‌سنجی جرمی پس از استفاده از نمونه در دستگاه IR می‌توان دوباره از آن استفاده کرد. طیف‌سنجی مادون قرمز بر اساس جذب تابش و بررسی جهش‌های ارتعاشی مولکولها و یون‌های چند اتمی صورت می‌گیرد. این روش به عنوان روشی پرقدرت و توسعه یافته برای تعیین ساختار و اندازه‌گیری گونه‌های شیمیائی به کار میرود. همچنین این روش عمدتاً برای شناسایی ترکیب‌های آلی به کار میرود، زیرا طیفهای این ترکیب‌ها معمولاً پیچیده هستند و تعداد زیادی پیک‌های بیشینه (ماکسیمم) و کمینه (مینیمم) دارند که می‌توانند برای اهداف مقایسه‌ایی به کار گرفته شوند.
مانند انواع دیگر جذب انرژی ، موقعی که مولکولها ، اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌گردند. جذب تابش مادون قرمز مانند هر فرآیند جذب دیگر ، یک فرآیند کوانتایی است، بدین صورت که فقط فرکانسهایی مشخص از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب می‌گردد. جذب تابش مادون قرمز با تغییر انرژی بین (KJ/mol (8-40 همراه است. تابشی که دارای چنین انرژی باشد، فرکانسهای ارتعاشی کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی اکثر مولکولها را شامل می‌گردند. در فرآیند جذب ، فرکانسهایی از اشعه مادون قرمز که با فرکانسهای ارتعاشی طبیعی مولکول مورد نظر تطبیق کند، جذب خواهد شد و انرژی جذب شده برای افزایش دامنه حرکت ارتعاشی اتصال موجود در مولکول بکار گرفته میشود. باید توجه داشت که تمامی پیوندهای موجود در مولکول ، قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه ، کاملا با فرکانس حرکت تطبیق کند.
طیف سنجی مادون قرمز یکی از روش های خوب و متداولی است که از سال ها پیش برای تجزیه و شناسایی پلیمر ها و مواد افزودنیه آن ها مورد استفاده قرار گرفته است. فرکانس تشعشع الکترومغناطیس در ناحیه مادون قرمز، مطابق با فرکانس ارتعاش طبیعی اتم های یک پیوند است. جذب امواج مادون قرمز در یک مولکول، باعث ایجاد یک سری حرکات ارتعاشی در آن میشود که اساس و پایه طیف سنجی مادون قرمز را تشکیل می دهد. دستگاه FTIR دارای تبدیلات ریاضی فوریه میباشد و این عامل باعث تفاوت و برتری FTIR نسبت به IR معمولی شده است. تقريبا تمامي ترکيباتي که پيوند کوالانسي دارند، اعم از آلي يا معدني، فرکانس هاي متفاوتي از اشعه الکترومغناطيس را در ناحيه مادون قرمز جذب مي کنند. ناحيه مادون قرمز، ناحيه اي از طيف الکترومغناطيس است که طول موجي بلندتر از نور مرئي و کوتاه تر از امواج مايکرویو دارد. هنگامي که مولکول ها، اشعه مادون قرمز را جذب مي کنند، به حالت انرژي بالاتر برانگيخته مي شود. جذب تابش مادون قرمز همانند ديگر فرايندهاي جذب، فرايندي کوانتایي است. به اين صورت که فقط فرکانس هاي خاصي از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب و باعث ارتعاش کششي و خمشي پيوندهاي کوالانسي مي شود. انرژي جذب شده از نور مادون قرمز توسط پيوندهاي شيميايي يا گروه هاي عاملي خاص در طول موج مشخص، منجر به کاهش شدت عبور نور ده و معمولا به عنوان تابعي از عدد موجي رسم می شود. توجه به اين نکته مهم است که تمام پيوندهاي مولکول قادر به جذب انرژي مادون قرمز نيستند فقط پيوندهايي که داراي گشتاور دو قطبي هستند قادر به جذب اشعه مادون قرمز میباشد .مثلا پيوندهاي موجود در Cl2و H2 و همچنین پیوندهای موجود در آلکن ها و آلکين هاي متقارن، اشعه مادون قرمز را جذب نمي کنند.
بايد توجه داشت که هر پيوند داراي فرکانس ارتعاش طبيعي خاصي است. يعني يک پيوند خاص با جذب فرکانسي مشخص قادر به ارتعاش خمشي و کششي است. يک پيوند، به خصوص در دو مولکول مختلف، در محيط هاي متفاوتي از نظر اتم ها و پيوندهاي پيراموني خود قرار داشته و هيچ گاه دو مولکول با ساختمان هاي متفاوت، طيف مادون قرمز يکساني نمي دهند. با توجه به اين مطلب، از طيف مادون قرمز مي توان همانند اثر انگشت در انسان، براي شناسايي مولکول ها استفاده کرد. با مقايسه طيف مادون قرمز دو ماده که تصور مي شود مشابه باشند، مي توان پي برد که آيا واقعا يکي هستند يا خير. اگر تمام جذب ها در طيف دو نمونه بر يکديگر منطبق شوند، به احتمال قريب به يقين، دو ماده يکسان هستند.
فرکانس ارتعاشی (یعنی موقعیت نوارهای جذبی IR) به ماهیت پیوندها بستگی دارد. ارتعاش‌های کششی پیوندهای قوی‌تر نسبت به پیوندهای ضعیف‌تر در انرژی بالاتر، فرکانس بالاتر و در نتیجه در طول موج کوتاهتر ظاهر می‌شوند. همین‌طور، پیوندهای شامل اتم‌های سبک‌تر در مقایسه یا پیوندهای شامل اتم‌های سنگین‌تر، در انرژی بالاتری مرتعش میشود. جذبهای اشارده شده در بالا (شکل ۱۲–۱) را جذبهای اصلی می‌گوییم ولی معمولاً به دلیل وجود جذبهای دیگری همچون اورتون، ترکیبی و اختلافی طیفهای مادون قرمز پیچیده می‌شوند.
جذبهای اورتون بر اثر تهییج از حالت پایه به حالات انرژی بالاتر صورت می‌گیرند که در واقع ضریبی از فرکانس اصلی جذب هستند. وقتی دوفرکانس ارتعاشی در یک مولکول باهم ترکیب شده و ارتعاش دیگری با فرکانس جدیددرمولکول پدیدآورد که این ارتعاش در مادون قرمز فعال باشد، این جذب جدید را جذب ترکیبی گویند. این جذب از مجموع دو جذب ادغام شده ایجادمی‌شود. باید توجه داشت که کلیه جذبهای ترکیبی ممکن رخ نمی‌دهد. قوانینی وجود دارند که نشان می‌دهند کدام یک ازجذب‌های ترکیبی مجاز هستند. جذبهای اختلافی مشابه جذبهای ترکیبی هستند که فرکانس مشاهده شده در این حالت از اختلاف بین دو جذب ادغام شده حاصل می‌گردد. جذبهای اورتون، ترکیبی و اختلافی را می‌توان به ترتیب با اجرای اعمال ضرب، جمع و تفریق بر روی فرکانس‌ها (برحسب عدد موج) به دست آورد. اگر یک ارتعاش اصلی با یک جذب اورتون یا ترکیبی ادغام گردد، ارتعاش حاصل رزونانس فرمی گویند. رزونانس فرمی اغلب در ترکیبات کربنیل‌دار مشاهده می‌گردد. اگرچه تمام فرکانسهای چرخشی یک مولکول در مادون قرمز، فعال نبوده، ولی آن فرکانس‌ها با ارتعاشات کششی و خمشی دیگر ترکیب شده و موجب پیچیده‌گی بیشترطیف می‌گردند. یکی ازدلیل‌هایی که گاهی در طیف مادون قرمز، یک جذب پهن وجود دارد، ترکیب و امتزاج فرکانسهای چرخشی است (شکل ۱۲–۲).
مهمترین بخش تابش مادون‌قرمز مورد برسی و استفاده شیمیدان‌های آلی، در ناحیه بین ۴۰۰ تا cm−1۴۰۰۰ قرار گرفته‌است. محل نوار در طیفهای IR، به صورت عدد موج (ύ) که واحد آن عکس سانتیمتر (cm−1) است بیان میشود. این واحد با انرژی رابطه مستقیم دارد (عدد موج بیشتر نشانگر انژی بیشتر است). به‌طور کلی سه نوع طیف‌سنجی IR داریم که بر اساس دامنهٔ طول موج نوری که به نمونه تابیده میشود، این دسته‌بندی انجام میشود. این سه نوع عبارتند از:
1. IR دور: طول موج در دامنهٔ (cm−1) ۶۵۰–۲۰۰
2. IR متوسط: طول موج در دامنه‌ی(cm−1) ۴۰۰۰–۶۵۰
3. IR نزدیک: طول موج در دامنهٔ (cm−1) ۴۳۰۰–۴۰۰۰
این سه نوع از IR هر کدام برای یک سری از ترکیب‌های شیمیایی استفاده میشود برای مثال برای شناسایی ترکیب‌های آلی باید از IR متوسط استفاده کنیم (همان‌طور که اشاره شد، حدود دامنه ۴۰۰ تا cm−1 ۴۰۰۰(.
هر مولکولی به تعداد ۳n درجه آزادی دارد. از این تعداد ۳ درجه مربوط به چرخشی و بسته به اینکه خطی باشد ۳n-۵ درجه آزادی ارتعاشی و اگر غیرخطی باشد ۳n-۶ درجه آزادی ارتعاشی موجود میباشد. تنها ارتعاشاتی در فروسرخ فعال هستند که اندازه حرکت دو قطبی آن در هنگام ارتعاش عوض شود. نظریه گروه به بررسی تفضیلی این موضوع می‌پردازد.
هر پیوند دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است و نیز یک پیوند بخصوص در دو مولکول مختلف در دو محیط متفاوت قرار دارند، بنابراین، هیچگاه دو مولکول با ساختمانهای متفاوت جذب مادون قرمز یا به عبارت دیگر طیف مادون قرمز مشابهی نمیدهند. اگرچه ممکن است که بعضی از فرکانسهای جذب شده در دو مولکول مشابه باشند اما هیچگاه دو مولکول مختلف، طیف مادون قرمز کاملاً یکسانی را نخواهند داشت؛ بنابراین همان‌گونه که قبلاً نیز اشاره شد، طیف مادون قرمز را می‌توان مانند اثر انگشت در انسان برای شناسایی مولکولها به کار گرفت. اگر تمام جذبها در طیف دو مولکول بر یکدیگر منطبق شوند، آن وقت به احتمال قریب یقیین دو ماده یکسان هستند. کاربرد دیگر طیف مادون قرمز که مهمتر از اولی است، این ا ست که طیف مزبور اطلاعاتی راجع به ساختمان یک مولکول می‌دهد.
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 بین400-µm 0/8 مربوط به ناحیه مادون قرمز است ولی ناحیه‌ایی که جهت تجزیه شیمیائی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بینµm 50- 0/8 است.
ناحیه بالاتر از 50µm را ناحیه مادون قرمز دور ، ناحیه بینµm 0/8-2/5 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 گروههای عاملی آن به کار میرود.
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 محدودة فرکانس یا طول موج ثبت خواهد شد. ویژگی FT-IR 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
برخی اطلاعاتی که می توان از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) بدست آورد شامل موارد ذیل است:
شناسائی کیفی و کمی ترکیبات آلی حاوی نانوذرات، تعیین نوع گروه عاملی و پیوندهای موجود در مولکولهای آن. برای تعیین مقادیر بسیار کم یون هیدروژن فسفات در هیدروکسی آپاتیت که در اعضاء مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین برای آنالیز برخی داروهای حاوی نانو ذرات مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای تست FTIR :
۱- سرعت : به دلیل اندازه گیری هم زمان تمام فرکانس ها اندازه
گیرهای FT-IR در چند ثانیه انجام می شود.
۲- 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.
۳- عملکرد مکانیکی ساده: آینه ی متحرک
در تداخل سنج تنها قسمت متحرک دستگاه می باشد. بنابراین احتمال ازکارافتادگی
مکانیکی دستگاه بسیار کم است.
۴- 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.
موارد استفاده:
اکثر پیوندهایی که چنین پدیده‌ای را دارند، پیوندهای موجود در آلکنهای متقارن و در آلکینهای متقارن هستند. موارد استفاده از طیف مادون قرمز چون هر پیوند ، دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است و نیز چون یک پیوند بخصوص در دو مولکول مختلف در دو محیط متفاوت قرار دارند، بنابراین ، هیچگاه دو مولکول با ساختمانهای متفاوت جذب مادون قرمز یا به عبارت بهتر طیف مادون قرمز مشابهی نمیدهند. اگر چه ممکن است که بعضی از فرکانسهای جذب شده در دو مولکول مشابه باشند، اما هیچگاه دو مولکول مختلف ، طیف مادون قرمز کاملا یکسانی را نخواهند داشت. بنابراین طیف قرمز را می‌توان مانند اثر انگشت در انسان برای شناسایی مولکولها بکار گرفت. با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور میرود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا آنها یکی هستند یا نه. اگر تمام جذبها در طیف دو مولکول بر یکدیگر منطبق شوند، آن وقت به احتمال قریب به یقین دو ماده یکسان هستند. کاربرد دوم طیف مادون قرمز که مهمتر از اولی است، این است که طیف مزبور ، اطلاعاتی راجع به ساختمان یک مولکول می‌دهد. جذبهای مربوط به هر پیوند (C≡N و C─C و C=O و C─X و O─H و N─H و …) در بخش کوچکی از ناحیه ارتعاشی مادون قرمز یافت می‌شوند. بعنوان مثال ، هر جذبی که در ناحیه 3000 ± 150() قرار داشته باشد، تقریبا همیشه نشان دهنده وجود اتصال (C─H) در هر مولکول است. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند، در جدول زیر نشان داده شده اند:
| طول موج (μm) | ||||||
| 15.4 | 6.5 | 6.1 | 5.5 | 5 | 4 | 2.5 |
| C─Cl | C=N | C=O | تعداد بسیار اندکی نوار | C≡C | C─H,O─H | |
| C─O | ||||||
| C─N | C≡N | |||||
| C─C | C=C | N=C=N,O,C,S | ||||
| 650 | 1550 | 1650 | 1800 | 2000 | 2500 | 4000 |
| فرکانس () |