آنالیز FTIR اولین تکنیک طیفسنجی ساختاری و یک روش تحلیلی است که برای توصیف ساختار پیوند اتمها بر اساس برهمکنش تابش IR با ماده، و اندازهگیری فرکانسهای تابشی که در آن ماده جذب میکند و باعث تولید ارتعاشات در مولکول‌ها می‌شود، استفاده می‌شود. طیفسنجی IR یک تکنیک سریع برای شناسایی و تعیین خصوصیات ساختارهای شیمیایی برای به دست آوردن اطلاعات از مواد بیولوژیکی تا مواد مرکب، از نمونه‌های مایع تا گاز می باشد. طیف‌های IR بسیار پیچیده هستند زیرا فرکانسهای تابش جذب شده برای هر مولکول، قدرت پیوند، تعداد اتم ها، وضعیت ماده (حالت، تداخل/آلودگی، غلظت، دما و غیره)، تعدد خمش و حالت ارتعاش کششی منحصر به فرد است. امکان شناسایی مواد ناشناخته (تعیین کمی) و غلظت آنها (تعیین کیفی) از مواد آلی و معدنی، از نمونه های جامد، مایع یا گاز را فراهم می کند.
در برخی از مولکول ها در حین ارتعاش، تغییر گشتاور دوقطبی الکتریکی وجود دارد. در این مورد، ما از مواد فعال IR صحبت می‌کنیم و جذب تابش مربوط به تغییر گشتاور دوقطبی است. برای مواد غیر فعال IR، گشتاور دوقطبی الکتریکی صفر است، مهم نیست که پیوند در مولکول چقدر باشد (IR فعال: پیوندهای قطبی، مولکول های نامتقارن. IR غیر فعال: پیوند غیرقطبی، مولکول متقارن). عمده‌ترین کاربردهای آنالیز FTIR شامل کاربردهای کیفی جهت تشخیص گروه‌های عاملی و تعیین ساختار گونه‌های آلی است. این روش آنالیز کاربردهای فراوان دیگری در بخش‌های مختلف مثل شیمی، علوم زیستی و دارویی، محیط زیست، پلیمرها، صنایع مختلف، شناسایی مولکول‌های معدنی، علوم جنایی، هوافضا و در نهایت در زمینه‌های مختلف علوم و فناوری نانو یافته است که در ادامه این موارد را بررسی خواهیم کرد. برای اطلاعات بیشتر درباره اصول آنالیز FTIR می توانید به مقاله " طیف سنجی FTIR چیست" مراجعه کنید.
عمده‌ترین کاربردهای روش طیفسنجی FTIR شامل کاربردهای کیفی جهت تشخیص گروهای عاملی و تعیین ساختار گونه‌های آلی می‌باشد. همچنین برای شناسایی کیفی و کمی ترکیبات آلی حاوی نانو ذرات، پیوندهای موجود در مولکول‌های آن، برای تعیین مقادیر بسیار کم یون هیدروژن مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این کاربردهای فراوان دیگری در بخش‌های مختلف دارد که در زیر به آنها اشاره شده است.
- تجزیه و تحلیل مواد غذایی: افزودنی‌ها، نگهدارنده‌ها، رنگ‌ها
- تجزیه و تحلیل محیطی: آب، ذرات اتمسفر، گازها
- حفاظت و بازسازی میراث: نقاشی، مجسمه، سرامیک، فسیل، عاج.
- پزشکی قانونی: رنگ، منسوجات، لوازم آرایشی و بهداشتی،
- تجزیه و تحلیل نیمه هادی
- داروسازی.
- نمونه های فیزیولوژیکی: سلول‌های بدخیم، استخوان‌ها، موها
- ترکیبات چند لایه: پلیمرها، نقاشی‌ها، فیلم‌ها
- نمونه‌های زمین شناسی: گنجاندن در سنگ
سنگ های قیمتی
طیفسنجی مادون قرمز که برای تشخیص قطعات طبیعی یا مصنوعی یا حتی آنالیز ترکیب آنها بر روی سنگ‌های قیمتی اعمال می‌شود، شواهد عینی برای توصیف آن ارائه کرده است و ثابت کرده است که ابزار مهمی برای اهداف شناسایی و صدور گواهینامه در اقدامات تجاری و قانونی است.
زمرد، الماس، توپاز، آکوامارین، جذب مادون قرمز مشخصی را نشان می‌دهد. سنگ‌های قیمتی، به‌ویژه آنهایی که برش درخشان دارند، نور را در همه جهات پخش می‌کنند، بنابراین، بازتابش پخشی راهی مفید برای آنالیز سریع آنها فراهم میکند.
آنالیز نمونه‌های چند لایه
برخی از نمونه‌های جالب که با استفاده از نقشه‌برداری یا تصویربرداری طیفسنجی مادون قرمز اندازهگیری می‌شوند، نمونه‌هایی از تصاویر، دیوارها، نقاشی‌های دیواری، مجسمه‌ها و... است. هدف فقط شناخت رنگدانه یا ماده‌اولیه نیست، بلکه محیط پیوند برای تثبیت رنگدانه ها استفاده می شود. سطح مقطعی از نمونه‌های چند لایه امکان آنالیز لایه‌های مختلف را فراهم میکند.
آنالیز کاغذ و جوهر
یکی از اهداف آرشیوها و کتابخانه‌های حاوی کتاب‌های ارزشمند، تحلیل کاغذها، پوسته‌ها و مرکب‌های نسخه‌های خطی قدیمی که تقریباً از بین رفته و نیاز به مرمت دارند، بوده است. تعیین ترکیب کاغذها و جوهرها برای درک مکانیسم‌های واکنش دخیل در آسیب آن مهم است. خوردگی در نسخه های خطی شامل فرآیندهای اسیدی و اکسیداسیون است. یون‌های آهن نقش مهمی در اکسیداسیون سلولز دارند. اسیدیته کاغذ نیز پارامتر دیگری برای اندازهگیری به منظور فرض مکانیسم‌های تخریب است. برخی از ترکیبات موجود در جوهر فروگالیک عبارتند از: اگزالات، سولفات، کربنات و غیره.
آنالیز کمی و کیفی روغن ها و گریس ها
یک روش با استفاده از استخراج فاز جامد برای آنایز روغن و گریس در آب توسعه داده شد است. استفاده از یک فیلتر تفلون به عنوان یک فاز جامد امکان حفظ روغن و گریس و آنالیز بیشتر پیوندهای کربن-هیدروژن را می‌دهد. فیلتر تفلون فقط پیوندهای فلور کربن دارد و بنابراین منطقه‌ای که نوارهای هیدروژن کربن جذب می‌کنند تمیز است.
آنالیز نسبت 13C/12C در محل در کربنات های آب
مطالعه‌ای استفاده از طیفسنجی FTIR را برای آنالیز مورد بررسی قرار داد. نتایج با نتایج به دست آمده با استفاده از طیف‌سنج جرمی چهار قطبی، روش استاندارد برای اندازهگیری ایزوتوپ‌های کربن مقایسه شد. تفاوت بین نتایج روش FTIR و نتایج اندازه گیری شده با روش MS تنها 87/۱ درصد در مقادیر δ بود که در اکثر فرآیندهای محیطی قابل قبول است.
نمونه های زمین شناسی
شکل ۱ دستگاه FTIR با وزن ۹/۲ کیلوگرم را نشان می‌دهد که در محل آزمایشگاه و یا محیط خارج از آزمایشگاه دارای عملکرد یکسانی است. یک اسپکتروفوتومتر ایده‌آل برای اندازهگیری طیف نواحی میانه زیرقرمز در آزمایشگاه و خارج از محیط آزمایشگاه است. این دستگاه قادر است بر روی یک نقطه از نمونه و بدون نیاز به آماده‌سازی نمونه، اندازهگیری را انجام دهد. این سیستم قادر است انواع مختلفی از نمونه‌ها ،پلیمرها، کامپوزیت‌ها و پوش‌ها را اندازهگیری کند. لوازم جانبی قابل تعویض مخصوص آنالیز انواع نمونه‌ها در واقع قابلیت کلیدی این دستگاه در آنالیز محدوده وسیعی از انواع نمونه هاست. روش‌های اندازهگیری 3 نمونه برای اندازهگیری قطعه سنگ معدنی یکپارچه سیلیس زمین‌شناسی با استفاده از دستگاه Agilent 4300 FTIR استفاده شد. روش بازتابی پراکنده FTIR طیف‌هایی با جزئیات کافی برای استفاده برای شناسایی مواد معدنی در نمونه به دست آورد. طیف را می توان در محل، با استفاده از روش نقطه-شلیک جمع آوری کرد.
شکل ۱: تصویری از Agilent 4300 FTIR.
سیستم‌های دارورسانی
طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه یک ابزار همه کاره در علوم دارویی است، با زمینه وسیعی از کاربردها از توصیف فرمول‌های دارویی تا روشن کردن فرآیندهای جنبشی در تحویل دارو. پیشرفت‌های جدید اخیر در کاربرد این روش‌ها شامل مطالعه سیستم‌های دارورسانی و به‌ویژه سیستم دارورسانی موضعی است. تکنیک‌های پیشرفته FTIR شامل FTIR-ATR، FTIR-PAS، و FTIR Micro برای این چنین کاربردها به کار می‌روند. روش FTIR ATR برای مطالعه رهایش دارو در فرمولاسیون نیمه جامد، نفوذ دارو و تأثیر اصلاح‌کننده‌های نفوذ و همچنین در مطالعات in-vivo استفاده می‌شود. همچنین FTIR-PAS برای اندازهگیری محتوای دارو در فرمولاسیون‌های نیمه جامد و جامد، برای تعیین نفوذ دارو به غشاهای مصنوعی و بیولوژیکی استفاده شده است.
تصویربرداری از پروتئین ها
به دست آوردن ساختارهای پروتئینی سه بعدی با وضوح بالا برای به دست آوردن بینش در مورد مکانیسم عمل این مولکول های مهم و همچنین برای ارائه یک چارچوب بالقوه برای طراحی منطقی و هدفمند دارو
ضروری است. پراش اشعه ایکس رایج‌ترین روش مورد استفاده برای تعیین ساختارهای با وضوح بالا است، اما به دست آوردن کریستال‌های پروتئینی با پراش خوب می تواند دشوار و زمان بر باشد. طیفسنجی مادون قرمز، به‌ویژه ATR، پتانسیل قابل‌توجهی به عنوان یک تکنیک تحلیلی برای تسهیل مطالعات و بررسی‌های تبلور پروتئین بر روی تأثیر خواص سطحی بر رفتار پروتئین و همچنین سایر سؤالات کلیدی مرتبط با ساختار و عملکرد پروتئین دارد.
مطالعه خانواده کربن
طیفسنجی مادون قرمز یک تکنیک همه کاره برای توصیف مواد متعلق به خانواده کربن است. بر اساس برهمکنش تابش IR با ماده، این تکنیک ممکن است برای شناسایی و توصیف ساختارهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. کربن برای همه سیستم‌های زنده کاربردهای صنعتی متعددی از پوشش‌های کربن (به عنوان مثال لایه‌های کربن آمورف و نانوکریستالی: فیلم‌های کربن الماس‌مانند (DLC) تا مواد نانوساختار (فولرین‌ها، نانولوله‌ها، گرافن) و مواد کربنی در مقیاس نانو یا نقاط کربن (CDots) پیدا کرده است.
