up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله طيف سنجي مادون قرمز PDF
QR code - طيف سنجي مادون قرمز

طيف سنجي مادون قرمز

طيف سنجي مادون قرمز و کاربرد آن در شناسايي پليمرها

طيف سنجي مادون قرمز يکي از روش هاي خوب و متداولي است که از سال ها پيش براي تجزيه و شناسايي پليمرها و برخي افزودني هاي آنها، مورد استفاده قرار گرفته است.
پليمرها در زندگي روزمره به وفور يافت مي شوند. از لفاف و پوشش هاي مواد خوراکي گرفته تا کيسه هاي مورد استفاده براي زباله، پليمرهايي هستند که در گوشه و کنار يافت مي شوند. خودروها نيز از اين قاعده مستثني نيستند. پليمرها افزودن بر ۴۰ درصد از هر خودروي مدرن را تشکيل مي دهند. قطعاتي همچون فرش، صندلي، لايي، موکت، دستگيره، سويچ و داشبورد، از يک يا چند پليمر تشکيل شده اند. صنعت گران و استفاده کنندگان از مواد پليمري، با توجه به تنوع خواص فيزيکي، شيميايي و مکانيکي اين مواد در مصارف گوناگون، ناگزير به تعيين نوع و شناسايي نمونه پليمري بوده، اما اغلب فاقد آزمايشگاهي مجهز و افراد مجرب در اين زمينه اند.
طيف سنجي مادون قرمز به روش FTIR
طيف سنجي مادون قرمز يکي از روش هاي خوب و متداولي است که از سال ها پيش براي تجزيه و شناسايي پليمرها و برخي افزودني هاي آنها، مورد استفاده قرار گرفته است.
فرکانس تشعشع الکترومغناطيس در ناحيه مادون قرمز (IR) مطابق با فرکانس ارتعاش طبيعي اتم هاي يک پيوند است و پس از جذب امواج مادون قرمز در يک مولکول، باعث ايجاد يک سري حرکات ارتعاشي در آن مي شود که اساس و مبناي طيف سنجي مادون قرمز را تشکيل مي دهد. ساده ترين نوع حرکات ارتعاشي در يک مولکول، حرکات خمشي و کششي است.
دستگاه FTIR با استفاده از تبديل رياضي فوريه مزاياي زيادي در مقايسه با دستگاه IR معمولي دارد که نمونه آن سرعت بالاي جمع آوري اطلاعات و نسبت سيگنال به نويز بهتر است.
تقريبا تمامي ترکيباتي که پيوند کوالانسي دارند، اعم از آلي يا معدني، فرکانس هاي متفاوتي از اشعه الکترومغناطيس را در ناحيه مادون قرمز جذب مي کنند. ناحيه مادون قرمز، ناحيه اي از طيف الکترومغناطيس است که طول موجي بلندتر از نور مرئي (۴۰۰ تا ۸۰۰ نانومتر) و کوتاه تر از امواج مايکرو ويو (طول موج بلندتر از ۱mm) دارد. بسياري از شيميدانان از واحد «عدد موجي» در ناحيه مادون قرمز طيف الکترومغناطيس استفاده مي کنند.
عدد موجي با واحد Cm-۱ بيان شده و عبارت است از عکس طول موج (با واحد Cm). مزيت اين واحد اين است که رابطه مستقيمي با انرژي دارد. با استفاده از اين واحد، ناحيه ارتعاشي پرکاربرد مادون قرمز (Mid IR) بخشي بين ۴۰۰ تا ۴۰۰۰ Cm-۱ خواهد بود.
مشابه ديگر انواع جذب انرژي، هنگامي که مولکول ها اشعه مادون قرمز را جذب مي کنند، به حالت انرژي بالاتر برانگيخته مي شود. جذب تابش مادون قرمز همانند ديگر فرايندهاي جذب، فرايندي کوانتابي است. به اين صورت که فقط فرکانس هاي خاصي از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب و باعث ارتعاش کششي و خمشي پيوندهاي کوالانسي مي شود.
انرژي جذب شده از نور مادون قرمز توسط پيوندهاي شيميايي يا گروه هاي عاملي خاص در طول موج مشخص، منجر به کاهش شدت عبور نور شده و معمولا به عنوان تابعي از عدد موجي (بر حسب
Cm-۱) رسم مي شود.
توجه به اين نکته مهم است که تمام پيوندهاي مولکول قادر به جذب انرژي مادون قرمز نيستند، حتي اگر فرکانس اشعه با فرکانس حرکت تطبيق کند، فقط پيوندهايي که داراي گشتاور دو قطبي هستند قادر به جذب اشعه مادون قرمز مي باشند. مثلاً، پيوند موجود در H۲ و Cl۲ و همچنين پيوندهاي موجود در آلکن ها و آلکين هاي متقارن، اشعه مادون قرمز را جذب نمي کنند.
بايد توجه داشت که هر پيوند داراي فرکانس ارتعاش طبيعي خاصي است. يعني يک پيوند خاص با جذب فرکانسي مشخص قادر به ارتعاش خمشي و کششي است. يک پيوند، به خصوص در دو مولکول مختلف، در محيط هاي متفاوتي از نظر اتم ها و پيوندهاي پيراموني خود قرار داشته و هيچ گاه دو مولکول با ساختمان هاي متفاوت، طيف مادون قرمز يکساني نمي دهند. با توجه به اين مطلب، از طيف مادون قرمز مي توان همانند اثر انگشت در انسان، براي شناسايي مولکول ها استفاده کرد. با مقايسه طيف مادون قرمز دو ماده که تصور مي شود مشابه باشند، مي توان پي برد که آيا واقعا يکي هستند يا خير. اگر تمام جذب ها در طيف دو نمونه بر يکديگر منطبق شوند، به احتمال قريب به يقين، دو ماده يکسان هستند.
طيف FTIR علاوه بر موارد گفته شده، اطلاعاتي را در مورد ساختمان شيميايي يک مولکول، در اختيار ما مي گذارد. مثلاً، هر جذبي که در ناحيه ۳۰۰۰±۱۵۰Cm-۱ طيف قرار داشته باشد، نشان دهنده وجود اتصال C-H در مولکول است و جذبي که در ناحيه ۱۷۰۰±۱۰۰Cm-۱ مشاهده شود معمولا مربوط به پيوند گروه کربونيل (C=۰) در مولکول است. جدول زير، راهنمايي مفيد در زمينه بررسي عدد موجي در طيف FTIR بسياري از پيوندهاست.
با توجه به نکات فوق مي توان براي تحليل و شناسايي لاستيک ها، پلاستيک ها و پاره اي از مواد افزودني آنها، از طيف سنجي مادون قرمز استفاده کرد.کلکسيون ها و بانک هاي اطلاعاتي وسيعي از طيف FTIR وجود دارد که براي مقاصد شناسايي کيفي مي توان از آنها استفاده کرد. نمونه آنها، اطلس تحليل پليمرها (هامل) است.
● تهيه نمونه به منظور گرفتن طيف FTIR (در پليمرها)
طيف FTIR معمولا از نمونه هايي به شکل فيلم به دست مي آيد که معمولا نازک تر از ۵۰ µm است. براي تهيه فيلم مناسب از نمونه هاي ضخيم تر يا گرانول ها، نمونه تا بالاي دماي نرمش حرارت داده شده و سپس پرس مي شود تا فيلم هايي به اندازه کافي نازک، براي استفاده مستقيم در طيف سنجي FTIR تهيه شود. در ضمن مي توان از فيلم هاي حلالي نيز استفاده کرد. در اين حالت، قطعه کوچکي از نمونه موردنظر در حلال مناسب حل شده و با قرار دادن آن بر روي قرص هاي پتاسيم برومايد و تبخير کامل حلال، فيلم نازک نمونه مستقيما روي قرص KBr حاصل مي شود، زيرا KBr در ناحيه مادون قرمز موردنظر هيچ جذبي ندارد.
اگر بنا به دلايلي، فيلم قابل تهيه نباشد، مي توان پلاستيک را بسيار ريز آسياب کرده و سپس آن را با پودر KBr کاملا مخلوط و توسط دستگاه پرس مخصوص به قرص مناسب براي گرفتن طيف FTIR تبديل کرد. براي تهيه نمونه مناسب از لاستيک ها، مي توان از روش پيروليز استفاده کرد. در اين روش، نمونه به ابعاد کوچک خرد شده و در لوله آزمايشي ريخته مي شود. سپس، توسط استون، روغن گيري شده، آنگاه استون همراه با روغن استخراج شده از نمونه جدا مي شود. لوله آزمايش حاوي نمونه، روي شعله حرارت داده مي شود تا پليمر لاستيکي به اجزاي سازنده خود که عمدتا اليگومرها (زنجيرهايي شامل دو يا سه منومر) هستند، تجزيه شود. سپس، مقدار کمي از مايع جمع آوري شده، روي قرص KBr قرار گرفته و طيف FTIR آن مورد بررسي قرار مي گيرد.
● نواحي جذبي مختلف در طيف FTIR
نواحي معمول طيف IR که در آن، انواع مختلف باندهاي ارتعاشي مشاهده مي شود، در چارت زير ارائه شده است. بايد توجه داشت که منطقه بالاي خط چين به ارتعاش کششي و ناحيه زير خط چين به ارتعاش خمشي مربوط است. به طور کلي، پيوندهاي سه گانه، قوي تر از پيوندهاي دوگانه و يا ساده بوده و داراي فرکانس ارتعاشي بالاتر يا به بياني بهتر، عدد موجي بالاتر هستند. پيوند C-C داراي فرکانس جذب ۱۲۰۰Cm-۱بوده در حالي که پيوند دوگانه C=C فرکانس جذب ۱۶۵۰Cm-۱و پيوند سه گانه C=C داراي فرکانس جذب ۲۱۵۰Cm-۱ است. همچنين حرکت خمشي راحت تر از حرکت کششي صورت مي پذيرد. مثلا، C-H خمشي در ناحيه ۱۳۴۰Cm-۱و C-H کششي در ناحيه ۳۰۰۰Cm-۱ قرار مي گيرد.
نوع هيبريداسيون نيز بر فرکانس جذب تاثير مي گذارد، به طوري که قدرت پيوندها به ترتيب:
SP>SP۲>SP۳ بوده و فرکانس ارتعاشي C-H آنها به صورت زير تغيير مي کند:
▪ فرمول در فايل مربوطه (pdf):
محدوده Cm-۱ ا۱۴۰۰ تا Cm-۱ا ۶۰۰ به دليل کمتر بودن ميزان انرژي جذب شده و ارتعاش خمشي اکثر پيوندهاي موجود در مولکول، ناحيه اي پيچيده و شلوغ است واين موضوع تشخيص همه باندهاي جذبي در اين ناحيه را مشکل مي سازد. به دليل الگوي منحصربه فردي که در اين ناحيه وجود دارد، به آن ناحيه «اثر انگشت» نيز گفته مي شود.
باندهاي جذبي در ناحيه ۴۰۰۰-۱۴۵۰Cm-۱ داراي انرژي جذب شده بيشتري بوده و عموما ناشي از ارتعاش کششي پيوندهاي قوي تر است و گاهي به اين ناحيه، ناحيه فرکانس گروهي نيز گفته مي شود.
با توجه به مطالب گفته شده، شناسايي پليمرها با استفاده از شناخت ساختمان مولکولي، بررسي نواحي جذبي در گروه هاي عاملي و همچنين مقايسه با طيف هاي مرجع شناخته شده، امکان پذير است

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي همانطور كه مي‌دانيم ن ...

● طيف اتمي طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مينامند. پس ميتوان گفت که طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ● ديدکلي همانطور که ...

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي همانطور كه مي‌دانيم ن ...

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي : همانطور كه مي‌دانيم ...

۳D مخفف کلمه ۳Dimensial، به معناي يک شي سه بعدي است. ۳D مخفف کلمه ۳Dimensial، به معناي يک شي سه بعدي است. چيزي که عرض ارتفاع و طول (عمق) داشته باشد. م ...

● ديد کلي تعداد مسائلي که در مکانيک کوانتومي ، مي تواند به طور دقيق حل شود ، همانند مکانيک کلاسيک خيلي محدود مي باشد. در بسياري از موارد کاربردي مورد ...

مادون در لغت به معناي زير دست و قرمز به معناي هر چه به رنگ خون باشد، است. پس ميتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسيار ريز و قرمز رنگ است. ● اطلاعات اوليه ک ...

به طور غير منطقي ولي به ترتيب تاريخي ، از ناحيه مرئي شروع مي کنيم و به خارج از آن فرا مي رويم. در واقع اگر ناحيه مرئي را يک کمي به طرف فروسرخ و فرا بن ...

دانلود نسخه PDF - طيف سنجي مادون قرمز