در ابتدا لازم است بدانید که در آنالیز FTIR، با بررسی برهم کنش موج الکترومغناطیس در محدوده مادون قرمز با نمونه، می توان به ساختار مولکول ها، گروه های عاملی و پیوندهای موجود در نمونه پی برد. انرژی نور مادون قرمز باعث ارتعاش مولکول ها شده و با اندازه گیری فرکانس ارتعاش، ساختار ماده شناسایی می شود. برای درک بیشتر این روش آنالیز، لازم است مفاهیمی را مرور کنیم.
- شرط جذب انرژی امواج مادون قرمز توسط مولکول ها این است که گشتاور دو قطبی مولکول در حین ارتعاش تغییر کند. به عبارتی دیگر، مولکول هایی که گشتاور دو قطبی داشته باشند، می توانند مقادیر خاصی انرژی جذب کنند تا بردار گشتاور دو قطبیشان تغییر کرده و پیک های خاصی در طیف آنالیز مادون قرمز تولید کنند.
حال نکته‌ی جالب ماجرا این جاست که همه مولکول های جامد اطراف ما در حال ارتعاش هستند، به جز زمانی که به دمای صفرمطلق برده شوند. این ارتعاشات از نوسان های پیوندهای اتمی ناشی می شوند که برای مطالعه آسان تر آن ها، می توانیم از مدلسازی اتم های درگیر پیوند استفاده کنیم (همانند مدل گلوله و فنر که ساده ترین مدل ارتعاشی مولکول ها همانند باز و بسته شدن فنر متصل به گلوله هاست(.
به طور کلی ارتعاشات مولکولی به دو دسته کششی و خمشی تقسیم می شوند. هر نوع مولکول تعداد معینی مُد ارتعاشی با فرکانسی مشخص دارد. در این میان، ساده ترین مدل ارتعاشات اتمی، ارتعاش مولکول های دو اتمی است که تنها یک حالت کششی دارد.
اساس کار آنالیزFT-IR
در روش طیف سنجی مادون قرمز، پرتو مادون قرمز (IR) از نمونه عبور می کند. بخشی از آن توسط نمونه جذب و بخشی دیگر از داخل آن عبور می کند. در نتیجه طیف ها بر اساس جذب و عبور IR، خواص مولکول های نمونه را نشان می دهند.
مشابه با اثر انگشت، ساختار مولکولی مواد نیز کاملا منحصر به فرد است. همین شاخصه است که طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه را برای آنالیز انواع مختلف مواد مفید می سازد.
همان طور که پیش تر گفتیم، مولکول ها قادرند دو نوع ارتعاش کششی و خمشی داشته باشند. (که ارتعاش کششی خود به دو صورت متقارن و نامتقارن انجام می شود.) اگر در یک نیم تناوب ارتعاشی کشش نامتقارن رخ دهد، گشتاور دو قطبی در یک جهت تغییر کرده و در جهت گشتاور نیم تناوب دیگر، تغییر ایجاد می شود. بنابراین، گشتاور دو قطبی با فرکانس ارتعاشی مولکول نوسان کرده و باعث ارتقای مولکول به نوار جذبی مادون قرمز می شود. در این حالت، مولکول «فعال مادون قرمز» نامیده می شود. اگر ارتعاش کششی متقارن رخ دهد، تغییر نهایی در گشتاور دو قطبی مولکول ایجاد نشده و به مولکول «غیرفعال مادون قرمز» گفته می شود.
ساختار منحصر به فرد هر مولکول
هر ماده ای در ناحیه ۸ تا ۲۵ میکرومتر، که به ناحیه «اثر انگشت» معروف است، طیف مخصوص به خود را دارد که برای شناسایی گروه های عاملی و پیوندهای تشکیل شده به کار می رود. بنابراین وقتی مولکول ها در معرض تابش نور مادون قرمز قرار می گیرند، تابش را در فرکانس های حالت های ارتعاشی خود جذب می کنند. اندازه گیری جذب تابش مادون قرمز در نمونه ها به عنوان تابعی از فرکانس، طیفی تولید می کند که برای شناسایی گروه های عاملی و ساختار مواد کاربرد دارد. نتیجه تست FTIR به این صورت زیر نمایش داده میشود.
نمودار شدت طیف های جذب شده بر حسب عدد موج در آنالیز FTIR
موارد کاربرد آنالیز :FTIR
عمده ترین کاربرد های روش طیف سنجی مادون قرمز شامل کاربرد های کیفی جهت تشخیص گروه های عاملی و تعیین ساختار گونه های آلی است. این روش آنالیز کاربرد های فراوان دیگری در بخش های مختلف مثل شیمی، علوم زیستی و دارویی، محیط زیست، پلیمرها، صنایع مختلف، شناسایی مولکول های معدنی، علوم جنایی، هوافضا و در نهایت در زمینه های مختلف علوم و فناوری نانو یافته است. فهرستی از برخی کاربردهای این روش طیف سنجی در ادامه قابل مشاهده است:
- تعیین صحت انجام یک واکنش شیمیایی؛ با توجه به طیف مربوط به محصول ایجاد شده
- تعیین میزان پیشرفت واکنش های مختلف؛ با توجه شدت پیک های مربوط به ماده اولیه درزمان های مختلف پس از شروع واکنش
- تشخیص وجود پیوند هیدروژنی در محلول های مختلف
- تشخیص عامل دار شدن یک گونه؛ با مقایسه طیف گونه قبل و بعد از فرایند عامل دارکردن
- تشخیص گونه های حاوی هالوژن ها، بور، فسفر و گوگرد
- کمک در تعیین ساختار گونه های هتروسیکل و آلی-فلزی (Organometallic)
- تعیین ساختار پلیمرها و میزان تخریب (Degradation) آن ها
- تعیین صحت پوشش یک سطح به وسیله یک ترکیب خاص
- ارائه اطلاعات ارزشمند در مورد سلول های میکروبی و تمایز آنها از یکدیگر
- کاربردهای موردی در صنایع مختلف از جمله: صنایع کشاورزی، غذایی، کاغذ سازی و رنگسازی