FTIR یا طیف سنج مادون قرمز چیست

 

دستگاه Fourier Transform Iinfrared Sspectroscopy – FTIR یا طیف سنج مادون قرمز از تجهیزات آزمایشگاهی برای دستیابی به طیف مادون قرمز جذبی یا نشری یک ماده جامد، مایع یا گاز است. یک دستگاه اف تی آی آر آزمایشگاهی قادر است همزمان داده های تفکیک پذیر طیف نور را از یک طیف وسیع نور جدا نموده و تجمیع نماید. همین نکته برتری اساسی دستگاه FTIR در مقایسه با دستگاه های سنتی IR با روش افتراقی نور است که شدت نور را در یک باریکه طیف اندازه گیری می نماید.

اصول کار با دستگاه FTIR

هدف اسپکتروسکوپی جذبی اعم از مادون قرمز، ماوراء بنفش، مرئی و سایر اندازه گیری بالاترین جذب نور در هر طول موج های مختلف است. راه ساده آن اندازه گیری میزان جذب با تابیدن یک بیم تکفام شده در طول موج مشخصی (monochromatic) به یک نمونه و تکرار آن برای دیگر طول موج هاست. مانند آنچه هر دستگاه اسپکتروفتومتری کار می کند.

این نوع برداشت در دستگاه FTIR به این سادگی نیست. در دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه یا همان FTIR بجای تاباندن یه بیم تکفام شده به نمونه، یک بیم با هزاران فرکانس یا طول موج مختلف همزمان به نمونه تابیده می شود و میزان جذب و چگونگی آن آنالیز می شود. در مرحله بعد بیم دیگری با هزاران طول موج دیگر برای تولید نقطه بعدی به نمونه تابانده می شود و این رویه چندین بار تکرار می شود. در پایان تمامی این اطلاعات توسط کامپیوتر گردآوری شده و برای تشخیص جذب نمونه در هر نقطه طول موج تحلیل می شود.

در دستگاه FTIR بیم نوری تابانده شده بالا توسط یک منبع نور مادون قرمز که همزمان قدرت تولید همه طیف های نوری را دارد تابیده می شود. طیف تابیده بر روی یک سیستم اپتیکی متشکل از چندین آینه بنام سیستم اینترفرومتر میشلسون که یکی از آینه ها توسط یک موتور در حال حرکت است تابانده می شود. همزمان با حرکت این آینه هر طول موج از نور تابیده در آینه توسط اینترفرومتر متناوباً قطع و وصل می شود. در این پروسه تداخل طول موجی ایجاد شده و بیم خروجی در هر لحظه برآیند دوبیم از آینه ثابت و متحرک بوده و در هر لحظه بیانگر طول موج خاصی خواهد بود. این رویه تا تولید تمامی طول موج ها و پیمایش تمام بازه طول موجی ادامه پیدا می کند.

همانگونه که گفته شد یک سیستم کامپیوتری برای پردازش اطلاعات رسیده برای تبدیل اطلاعات خام (میزان جذب به ازای هر موقعیت آینه متحرک) به اطلاعات قابل استفاده (میزان جذب در ازای هر طول موج) مورد نیاز هست. این پردازش دارای الگوریتمی می باشد که به تبدیل فوریه و یا Fourier-transform معروف است، ضمناً اطلاعات خام گاهاً بنام اینترفروگرام نیز خوانده می شود.

بخش های مختلف دستگاه FTIR

منبع نور IR

دستگاه های FTIR قدیمی از منبع نور آی آر المنتی و یا گرافیتی استفاده می شد که اخیراً منبع نور به نوع سرامیکی تغییر پیدا کرده این منبع هم نور بسیار ثابتی ارائه می دهد و هم دارای طول عمر بیشتری است.

منبع نور لیزر در FTIR

در دستگاه اف تی آی آر، نور Laser بصورت نور ثابت به عنوان شاهد در تمام مراحل و فرکانس ها و زمانیکه آینه متحرک نور آی آر را با فرکانس های مختلف می سازد به دتکتور تابیده می شود و در زمان محاسبه جذب یا عبور بکار می رود.

جداکننده نور یا Beam Splitter

این بخش در دستگاه FTIR در واقع یک نیم آینه از جنس Csl و یا نمک KBr و یا CaF₂ است. بسته به بازه مورد آنالیز نوع این نیم آینه انتخاب می شود. مثلاً برای کار در بازه نانومتری 7800 تا 350 از KBr استفاده می شود. کار این بخش فرستادن نور آینه ثابت و متحرک بصورت جداگانه به سمت دتکتور است.

اینترفرومتر حاوی آینه ثابت و آینه موتور دار

وظیفه این بخش در دستگاه طیف سنج مادون قرمز تولید نور آی آر در تمامی فرکانس ها می باشد. این بخش از چندین آینه، لنز، نیم آینه تشکیل شده است.

محفظه نمونه در طیف سنج FTIR

محلی در تجهیز FTIR که در آن نمونه گذاشته می شود و معمولاً درست قبل از ورود نور به داخل دتکتور و در بین دو آینه کالیمیتور قرار دارد. نمونه معمولاً بصورت شفاف در فازهای جامد بصورت فیلم و پلیمر می باشد. برای آنالیز نمونه در فاز مایع از سل مایع و یا ژل استفاده می شود. برای آنالیز گاز از یک سل به شکل بشکه استفاده می شود که گاز داخل آن حبس شده و برای آنالیز جامدات غیر شفاف از وسیله ای بنام اختصاری ATR یا Attenuated total reflectance استفاده می شود.

دتکتور دستگاه FTIR