آنالیز مواد شیمیایی به مجموعه ایی از روش های مشخصه یابی گفته می شود که منجر به بدست آمدن اطلاعات مفیدی از ساختار، ترکیبات، درجه خلوص و خواص مختلف مواد شیمیایی می شود. بر این اساس می توان روش های آنالیز شیمیایی را به دسته بندی های مختلفی تقسیم کرد. یکی از این دسته بندی ها، روش های آنالیز عنصری و شناخت ترکیب شیمیایی، روش های آنالیز خواص مواد و همچنین روش های آنالیز میکروسکوپی است.
یکی از الزامات مهم برای توسعه محصول و همچنین صنعتی کردن خط تولید آشنایی با خلوص مواد شیمیایی اولیه، اندازه گیری غلظت ناخالصی ها و همچنین غلطت عناصر کلیدی در ترکیبات می باشد. دانستن این اطلاعات می تواند بسیاری از مشکلات تولید را حل کند. همچنین در مورد نمونه های مجهول، علاوه بر دانستن غلطت عناصر موجود، شناخت ترکیبات مواد شیمیایی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. دانستن ترکیب شیمیایی و همچنین ساختار کنار هم قرار گرفتن اتم ها و مولکول ها باعث شناخت و درک بسیاری از خواص نهایی مواد می گردد. از مهمترین روش های آنالیزی که در این زمینه استفاده می شود می توان به آنالیز XRD، آنالیز XRF، آنالیز ICP و آنالیز FTIR اشاره کرد. با استفاده از مجموعه ای از آنالیزهای ذکر شده می توان مواردی مانند مهندسی معکوس، شناسایی درصد فزات گرانبها مانند طلا و نقره در ترکیبات مجهول و … را انجام داد.
برای آشنایی با اهمیت شناسایی و آنالیز مواد، ویدئوی زیر با عنوان " چرا باید ساختارمواد را بررسی کنیم؟ " را مشاهده کنید.
انواع آنالیز مواد شیمیایی
دسته بندی روش های آنالیز خواص شامل روش هایی می شود که با استفاده از آنها می توان خواص فیزیکی و مکانیکی مواد را تعیین کرد. اگر یک خط تولید صنعتی را در نظر بگیریم، این دسته بندی معمولا پس از تولید و در مرحله کنترل کیفیت محصول قرار می گیرد. پس از بررسی خواص محصول نهایی، اگر استانداردهای لازم بدست آمد محصول از خط تولید خارج و در غیر این صورت مجددا برای بررسی و تغییر احتمالی در مراحل ساخت، به خط تولید باز می گردد. خواص شامل بررسی خواص مکانیکی مانند کشش، استحکام و خمش ، خواص فیزیکی مانند خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، خواص شیمیایی و خواص حرارتی می باشند. از آنالیزهای مهمی که معمولا در این زمینه استفاده می شوند می توان به آنالیز DSC/TGA/DTA برای بررسی خواص حرارتی، آنالیز VSM برای خواص مغناطیسی، آنالیز BET برای تخلخل سنجی و … اشاره کرد. دسته بندی روش های آنالیز میکروسکوپی نیز جز همین دسته بندی قرار می گیرد. اعضای این خانواده روش هایی مانند آنالیز SEM، آنالیز TEM و آنالیزهای پروبی را شامل می شوند.
شکل 1: نمونه روش آنالیز میکروسکوپی
در ادامه برخی از آنالیزهایی که در بالا اشاره شد، به صورت مختصر شرح داده می شود.
آنالیز XRD : آنالیز XRD یکی از پرکاربردترین روش های آنالیز است و از آن برای شناسایی ساختار بلوری و ترکیبات مجهول استفاده می شود. مبنای این روش برخورد پرتو ایکس به یک نمونه بلوری می باشد. این آزمایش مخصوصا در بحث مهندسی معکوس خیلی می تواند مفید باشد.
آنالیز XRF : آنالیز XRF نیز مانند آزمون XRD بر مبنای برخورد پرتو ایکس با نمونه است اما تفاوت اصلی این روش، شناسایی عناصر سازنده ماده می باشد به این معنا که برخلاف آزمون XRD که ترکیبات و فازهای موجود در ماده را شناسایی می کرد، روش XRF تنها برای شناسایی عناصر سازنده ترکیبات استفاده می شود. برای مثال اگر در نمونه اکسیژن و آهن وجود داشته باشد، آزمون XRF اینکه کدام ترکیب از اکسید آهن (FeO، Fe2O3 و یا Fe3O4) است را مشخص نمی کند. معمولا در مورد شناسایی نمونه های مجهول از هر دو آنالیز XRD و XRF بصورت همزمان استفاده می کنند.
به خانواده ای از آنالیزها که به شناسایی عناصر موجود در ماده می پردازند (مانند آنالیز XRF)، آنالیزهای عنصری گفته می شود. از دیگر آنالیزهای عنصری می توان به آنالیز ICP، آنالیز CHN، آنالیز EDS و آنالیز کوانتومتری اشاره کرد. مینای شناسایی هر کدام از این روش ها با یکدیگر متفاوت هستند.
آنالیز FTIR : این آنالیز بر مبنای تاباندن طیفی از امواج الکترومغناطیسی مادون قرمز و مطالعه پاسخ ماده می باشد. از آنجایی که انرژی طیف های ارتعاشی در ناحیه فروسرخ می باشد، با مطالعه خروجی آزمون FTIR می توان پیوندهای شیمیایی روی سطح مواد را شناسایی کرد. یکی از موارد بسیار پر کاربرد این آنالیز در نانو فناوری و پس از تولید مواد نانوساختار می باشد. معمولا پس از سنتز نانو مواد به روش های شیمیایی این نکته که پس از تولید مواد شیمیایی ناخالصی مانند سورفکتانت ها هنوز در ماده وجود دارند یا خیر، از اهمیت بالایی برخوردار هست. این نکته با استفاده از روش FTIR امکان پذیر است.
آنالیز VSM : از آنالیز VSM برای مطالعه خواص مغناطیسی مواد فرومغناطیس استفاده می شود. با استفاده از این آنالیز میزان قدرت مغناطیسی هر ماده (مغناظش) ماده مشخص می شود. ضمن اینکه رفتار ماده در میدان های مغناطیسی را نیز می توان مطالعه کرد.
آنالیز SEM : جز خانواده میکروسکوپی می باشد و با استفاده از آن می توان جزییات نانومتری روی سطح مواد را بررسی کرد. در این آزمایش برخلاف روش های میکروسکوپی نوری که در آنها نور به نمونه برخورد می کند، از الکترون ها برای تشکیل تصویر استفاده می کنند. از آنجایی که طول موج همراه الکترون ها به مراتب کوچکتر از طول موج نور مرئی می باشد، جزییات کوچکتری از نمونه قابل شناسایی می باشد. با نصب کردن آشکارسازهای جانبی به میکروسکوپ SEM می توان به جز تصویر برداری اطلاعات دیگری مانند شناسایی عناصر موجود در ماده نیز بدست آورد.
آنالیز TEM : این آنالیز نیز مانند آنالیز TEM جز دسته خانواده آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی محسوب می شود. تفاوت عمده آنالیز TEM با دیگر اعضای خانواده میکروسکوپ الکترونی در این است که تصویر بدست آمده در این میکروسکوپ از داخل نمونه می باشد. قدرت تفکیک و قدرت بزرگنمایی این میکروسکوپ بسیار بهتر از دیگر اعضای خانواده می باشد و با بسته به نوع مدل دستگاه و شرکت سازنده آن می توان ذرات زیر ۳۰ نانو متر را با استفاده از آن مشاهده کرد. میکروسکوپ های الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM) می توانند اتم های ذرات سازنده را نیز شناسایی و نمایش دهند. مهمترین محدودیت خانواده میکروسکوپ های الکترونی روش های آماده سازی مواد می باشد. برای تصویر برداری مناسب می بایست سطح مواد کاملا صیقلی و نازک باشد.
