دستگاه FT‑IR چیست و چه کاری انجام می دهد؟
FT‑IR (Fourier Transform Infrared Spectrometer) دستگاهی است که با تابش نور مادون قرمز به نمونه و اندازه گیری نحوه جذب آن، اطلاعات دقیقی درباره ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی مواد ارائه می دهد.
در واقع FT‑IR به جای «شناسایی عنصر خالص»، گروه های عاملی، پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول ها را شناسایی می کند؛ چیزی که آن را به یکی از مهم ترین ابزارهای تشخیص کیفی مواد در آزمایشگاه ها تبدیل کرده است.
به زبان ساده تر:
هر ماده یک «اثر انگشت مادون قرمز» دارد و FT‑IR این اثر انگشت را ثبت و شناسایی می کند.
FT‑IR چه چیزی را شناسایی می کند؛ عنصر یا ترکیب؟
نکته مهم این است که:
- FT‑IR برای شناسایی مستقیم عناصر فلزی (مثل Fe، Cu، Na) مناسب نیست!
- اما برای شناسایی ترکیبات شیمیایی، پلیمرها، مواد آلی، دارویی و معدنی بسیار قدرتمند است!
FT‑IR با بررسی ارتعاش پیوندهای زیر کار می کند:
- C–H
- O–H
- N–H
- C=O
- C–O
- Si–O
- P–O
نحوه عملکرد FT‑IR
ابتدا نور مادون قرمز به نمونه تابیده می شود. قسمتی از این نور توسط نمونه جذب می شود. دستگاه بررسی می کند چه طول موج هایی جذب شده اند و از روی آن میفهمد نمونه از چه موادی تشکیل شده است.
در FT‑IR، نور مادون قرمز از یک اینترفرومتر مایکلسون عبور می کند. پس از برهم کنش با نمونه، سیگنال ثبت شده توسط تبدیل فوریه (FFT) به طیف جذب تبدیل می شود که شامل پیک های مشخص مربوط به ارتعاش های مولکولی است.
” جهت استعلام خرید دستگاه اسپکتروفتومتر با مشاورین واحد فروش شرکت آراتجهیز فارمد ۸۸۴۰۱۷۰۰-۰۲۱ در ارتباط باشید. “
مزایای اصلی FT‑IR نسبت به IRهای معمولی
- سرعت بسیار بالا در ثبت طیف
- دقت بالا در طول موج
- نسبت سیگنال به نویز عالی (S/N)
- امکان مقایسه با دیتابیس های استاندارد (Library Search)
- مناسب برای کنترل کیفیت و تحقیقات پیشرفته
اکسسوری ATR چیست؟
ATR (Attenuated Total Reflectance) پرکاربردترین و محبوب ترین اکسسوری FT‑IR است که امکان آنالیز سریع و مستقیم نمونه را فراهم می کند.
با ATR دیگر نیازی به آماده سازی پیچیده نمونه نیست. کافی است نمونه روی کریستال قرار بگیرد و طیف گرفته شود.
در ATR، پرتو مادون قرمز وارد یک کریستال با ضریب شکست بالا شده و در مرز کریستال–نمونه دچار بازتاب کلی تضعیف شده می شود. موج نفوذی (Evanescent Wave) با عمق چند میکرون وارد نمونه شده و اطلاعات سطحی آن را ثبت می کند.
جنس کریستال ATR و کاربرد هرکدام
| جنس کریستال | ویژگی | کاربرد |
|---|---|---|
| Diamond | بسیار مقاوم | پلیمرها، پودرها، جامدات سخت |
| ZnSe | حساس تر | مایعات و نمونه های نرم |
| Ge | عمق نفوذ کم | لایه های نازک |
| Si | دقت سطحی | نیمه هادی ها |
کاربرد ATR در تشخیص کیفی (Qualitative Analysis)
ATR یکی از بهترین ابزارهای تشخیص کیفی است:
- شناسایی سریع مواد ناشناخته
- تشخیص پلیمرها و پلاستیک ها
- شناسایی مواد دارویی اصل یا تقلبی
- بررسی آلودگی ها و ناخالصی ها
- تطبیق نمونه با دیتابیس های مرجع
تنها در چند ثانیه می توان گفت: این ماده PVC است یا PE؟ دارو واقعی است یا خیر؟
کاربرد ATR در تشخیص کمی (Quantitative Analysis)
بر خلاف تصور رایج، ATR فقط برای کیفی نیست و در آنالیز کمی نیز کاربرد دارد.
روش های کمی در ATR:
- استفاده از ارتفاع یا مساحت پیک مشخص
- رسم منحنی کالیبراسیون
- رعایت شرایط یکنواخت تماس نمونه با کریستال
مثال های کمی:
- تعیین درصد پرکننده ها در پلیمر
- اندازه گیری غلظت افزودنی ها
- بررسی میزان اکسیداسیون یا تخریب حرارتی
نکته مهم:
دقت کمی ATR معمولا کمتر از روش انتقالی (Transmission) است، اما برای بسیاری از کاربردهای صنعتی کاملا قابل قبول و سریع تر است.
مزایای استفاده از ATR در دستگاه FT‑IR
- بدون آماده سازی پیچیده نمونه
- مناسب برای جامد، مایع و ژل
- بسیار سریع (کمتر از ۱ دقیقه)
- غیر مخرب (Non-Destructive)
- نیاز به حجم بسیار کم نمونه
محدودیت های FT‑IR و ATR
- مناسب شناسایی عناصر فلزی نیست!
- برای آنالیز کمی بسیار دقیق، نیاز به کالیبراسیون دارد!
- عمق نفوذ محدود! (چند میکرون)
- اطلاعات مربوط به حجم کل نمونه را نمی دهد! (سطحی است)
کاربردهای صنعتی و آزمایشگاهی FT‑IR + ATR
- صنایع دارویی (کنترل کیفیت مواد اولیه)
- پتروشیمی و پلیمر
- صنایع غذایی
- صنایع رنگ و رزین
- آزمایشگاه های تحقیقاتی
- دانشگاه ها
- مراکز استاندارد و QC
- پزشکی قانونی
- محیط زیست
FT‑IR و ATR در برندهای معتبر جهانی
PerkinElmer | Bruker | Thermo Scientific | Agilent
دستگاه FT‑IR در همه برندهای معتبر اصل عملکرد یکسانی دارد، اما تفاوت اصلی آن ها در کیفیت اپتیک، پایداری سیگنال، قدرت نرم افزار، نوع کریستال ATR و تجربه کاربری است. به همین دلیل، انتخاب برند مناسب مستقیما روی دقت تشخیص، سرعت آنالیز و هزینه نگهداری تأثیر می گذارد.
-
PerkinElmer – تمرکز بر کنترل کیفیت و پایداری صنعتی
FT‑IR های نمایندگی PerkinElmer (مانند سری Spectrum) بیشتر برای آزمایشگاه هایی طراحی شده اند که کنترل کیفیت مداوم و قابل اعتماد برایشان مهم است.
از نظر شناسایی مواد، دستگاه های این برند در تشخیص پلیمرها، مواد دارویی، رزین ها، روغن ها و مواد صنعتی بسیار شناخته شده هستند. ترکیب دستگاه با ATR الماس (Diamond ATR) باعث می شود نمونه های سخت، پودر و جامد بدون آماده سازی آنالیز شوند؛ چیزی که در محیط های QC یک مزیت بسیار مهم است.
در تشخیص کیفی، تطبیق طیف با Library داخلی PerkinElmer بسیار پایدار و کم خطاست و در تشخیص کمی، نرم افزار امکان تعریف رگرسیون و کالیبراسیون چندنقطه ای را می دهد. این برند برای صنایعی که نیاز به تکرارپذیری بالا در اندازه گیری روزانه دارند بسیار مناسب است.
مناسب برای:
داروسازی، صنایع پلیمر، نفت و روانکار، QC صنعتی
-
Bruker – نهایت دقت و توان تحقیقاتی
اگر صحبت از دقت طیفی و کیفیت اپتیکی باشد، معمولا برند Bruker در بالاترین سطح قرار می گیرد. FT‑IRهای این برند (مانند Tensor و Alpha) بخصوص در تحقیقات پیشرفته و دانشگاهی بسیار محبوب هستند.
اکسسوری ATR بروکر اغلب با کریستال های مختلف (Diamond، Ge، ZnSe) عرضه می شود و امکان تحلیل بسیار دقیق لایه های سطحی را فراهم می کند. این ویژگی برای مطالعه پلیمرهای چندلایه، پوشش ها و فیلم های نازک اهمیت زیادی دارد.
از نظر کمیسازی، Bruker در ترکیب FT‑IR با الگوریتم های پیشرفته داده کاوی و Chemometrics عملکرد فوق العاده ای دارد و در بسیاری از پروژه های تحقیقاتی برای آنالیز کمی غیرمخرب استفاده می شود.
مناسب برای:
دانشگاه ها، مراکز تحقیقاتی، پروژه های R&D پیشرفته
-
Thermo Scientific – کاربرپسند و استانداردمحور
FT‑IRهای برند Thermo Scientific (مانند Nicolet iS series) به دلیل سادگی کاربری، رابط نرم افزاری بسیار روان و سرعت بالا شهرت دارند. این برند بخصوص برای آزمایشگاه هایی که کاربران با سطح دانش متفاوت دارند انتخابی ایده آل است.
ATRهای ترمو معمولا با فشاردهنده خودکار عرضه می شوند که یکنواختی تماس نمونه با کریستال را تضمین می کند؛ موضوعی که هم در تشخیص کیفی دقیق تر و هم در آنالیز کمی قابل اعتمادتر بسیار مهم است.
قابلیت اتصال مستقیم به کتابخانه های دارویی USP و PhEur نیز باعث شده FT‑IRهای Thermo در صنایع دارویی یکی از انتخاب های اصلی باشند.
مناسب برای:
داروسازی، آزمایشگاه های آموزشی، QC چندکاربره
-
Agilent – ترکیب دقت، دوام و آنالیز کمی واقعی
نمایندگی Agilent که بیشتر با دستگاه های عنصری (ICP, AAS) شناخته می شود، در FT‑IR نیز تمرکز ویژه ای روی آنالیز کمی قابل اعتماد با ATR دارد. سری های Cary و FTIRهای مدرن این برند، پایداری نوری بسیار خوبی دارند که برای کالیبراسیون های طولانی مدت اهمیت زیادی دارد.
ATRهای Agilent برای آنالیز مواد صنعتی، پلیمرها و مواد خورنده بسیار مناسب هستند و اغلب با طراحی مقاوم عرضه می شوند.
در تشخیص کمی، نرم افزار Agilent به کاربر اجازه می دهد تغییرات کوچک در غلظت را با خطای کمتر دنبال کند، به همین دلیل در فرآیندهای صنعتی و پایش تولید بسیار کاربردی است.
مناسب برای:
کاربردهای صنعتی، آنالیز نیمه کمی تا کمی، محیط های سخت آزمایشگاهی
مقایسه کارکرد برندها در این حوزه
| برند | نقطه قوت اصلی | تمرکز کاربرد |
|---|---|---|
| PerkinElmer | پایداری و QC قوی | صنایع و داروسازی |
| Bruker | بیشترین دقت و قدرت تحقیقاتی | R&D و دانشگاه |
| Thermo Scientific | کاربری آسان و استاندارد | دارویی و آموزشی |
| Agilent | آنالیز کمی پایدار با ATR | صنعت و پایش فرآیند |
جمع بندی نهایی
دستگاه FT‑IR همراه با اکسسوری ATR، یکی از سریع ترین، دقیق ترین و کاربرپسندترین ابزارهای شناسایی مواد در آزمایشگاه هاست.
این سیستم امکان تشخیص کیفی سریع و آنالیز نیمه کمی تا کمی مواد را بدون آماده سازی پیچیده فراهم می کند و برای طیف گسترده ای از صنایع، انتخابی مقرون به صرفه و قابل اعتماد است.
