اف تی آی آر

ناحیه زیرقرمز طیف، تابش با اعداد موجی در گستره از حدود 12800 تا 10cm-1 یا طول موج هایی از 0/78 تا 1000 میکرومتر را در برمیگیرد. فنون و کاربردهای روشهای مبتنی بر سه ناحیه طیفی زیرقرمز تفاوت قابل توجهی با یکدیگر دارند.

سه نوع دستگاه برای اندازه گیریهای جذب زیر قرمز از منابع تجاری در دسترس است.

طیف نورسنج های با توری پاشنده که عمدتا برای کارهای کیفی به کار گرفته می شوند.

دستگاههای تسهیمی که تبدیل فوریه را به کار می گیرند و برای اندازه گیریهای زیر قرمز هم کیفی و هم کمی مناسب اند.

طیف سنج های ناپاشنده که برای اندازه گیری کمی گونه های متنوع آلی در جو، به وسیله طیف بینی جذبی، نشری و بازتابندگی ابداع شده اند.

تا سالهای 1980، اکثر دستگاههای به کار گرفته شده برای اندازه گیریهای زیر قرمز از نوع طیف نورسنج های پاشنده بودند. با وجود این در حال حاضر، این نوع دستگاه با طیف سنج های تبدیل فوریه، به علت سرعت، اعتمادپذیری و راحتی آنها، جایگزین شده است، تنها به دلیل قیمت گاهی از دستگههای پاشنده هنوز استفاده می شود.

اکثر دستگاههای زیر قرمز تبدیل فوریه براساس تداخل سنج مایکلسون استوارند اگر چه انواع دیگر دستگاهها نیز موجودند. شماتیک کلی این نوع تداخل سنج به همراه اجزای نوری دستگاه تبدیل فوریه ساده (دستگاه های پیشرفته از سه تداخل سنج استفاده می کنند.) در شکل نشان داده شده است.

لازمه اخذ تداخل سنج های رضایت بخش این است که سرعت آینه متحرک ثابت بوده و در هر لحظه موقعیت دقیق آن معلوم باشد. مسطح بودن آینه نیز باید طی کل پیمایش 10 سانتی متر یا بیشتر ثابت باقی بماند. در ناحیه زیر قرمز  دور جایی که طول موج ها در گستره 50 تا 1000 میکرومتر قرار دارند، جابجایی یک آینه با کسری از یک طول موج و اندازه گیری دقیق موقعیت آن می تواند به وسیله یک پیچ ریزسنج رانده شده با موتور انجام شود. به هرحال برای نواحی زیر قرمز میانه و نزدیک به مکانیسم های دقیق تر و پیچیده تر نیاز است. در اینجا مجموعه قاب و آینه عموما بر روی بالشتکهای هوا معلق است که در درون روکش های فولاد ضدزنگ تنگاتنگ نگه داشته شده اند. مجموعه قاب و آینه با یک سیم پیچ الکترومغناطیسی شبیه به سیم پیچ صدا در یک بلندگو رانده می شود، یک جریان افزایشی در سیم پیچ، آینه را با سرعتی ثابت می راند. پس از رسیدن به انتها، آینه به سرعت، به کمک یک جریان معکوس سریع به نقطه آغاز برای پیمایش بعدی برگردانده می شود. طول مسیر طی شده به وسیله آینه بین 1 تا 30 سانتی متر متغیر است.

اجزای دستگاه طیف سنج
منابع مورد استفاده در دستگاه های مادون قرمز عموما از یک جامد بی اثر تشکیل شده اند که به صورت الکتریکی به دمای بین ۱۵۰۰ تا ۲۲۰۰ درجه کلوین گرما داده می شوند. تابش پیوسته ای مانند تابش یک جسم سیاه احاصل می شود. در این دماها حداکثر شدت تابش بین 5000 تا 5900cm-1 به وقوع می پیوندد. در طول موج های بلندتر، به طور پیوسته تنزل میکند تا اینکه در 670cm-1 به حدود یک درصد می رسد. در سمت طول موج کوتاهتر کاهش شدت بسیار سریع تر است و کاهش مشابهی در حدود 1000cm-1 مشاهده می شود.از جمله منابع می توان به افروزه نرنست (Nernst Glower، متشکل از اکسید خاک های نادر به شکل یک استوانه با قطر 1 تا 2 میلی متر و طول حدود 20 میلی متر)، منبع گلوبار (Globar، میله ای از جنس سیلیسیم کاربید به طول معمولا 50 میلی متر و به قطر 5 میلی متر است)، منبع سیم ملتهب، قوس جیوه ای و لامپ سیم تنگستن و همچنین لیزر دی اکسید کربن اشاره کرد.

ترانسدیوسرهای زیرقرمز به سه نوع عمومی زیر تقسیم می شوند:

1- ترانسدیوسرهای گرمایی که جواب آنها به آثار گرمایش تابش بستگی دارد. برای اندازه گیری کلیه طول موج های زیرقرمز، به جز کوتاهترین آنها به کار گرفته می شوند. با این وسایل، تابش به وسیله یک جسم سیاه کوچک جذب شده و افزایش دمای برآیند اندازه گیری می شود.

2- ترانسدیوسر تف الکتریکی (یک ترانسدیوسر گرمایی بسیار ویژه) از تراشه های بلورین تک مواد تف الکتریکی ساخته می شوند که با خواص الکتریکی و گرمایی بسیار ویژه عایق اند (مواد دی الکتریک). تری گلیسین سولفات مهم ترین ماده تف الکتریکی به کار گرفته شده در ساختمان سیستم های آشکارسازی زیرقرمز است.

3- ترانسدیوسر فوتورسانای زیر قرمز متشکل است از یک لایه نازک ماده نیمه رسانا مانند سرب سولفید، جیوه کادمیوم تلورید یا ایندیوم آنتیمونید رسوب داده شده بر روی یک سطح شیشه ای که جهت محافظت نیمه رسانا از جو، مجموعه در داخل یک محفظه تخلیه شده قرار داده شده است. جذب تابش به وسیله این مواد، الکترونهای والانس نارسانا را به یک حالت رسانای با انرژی بالاتر ارتقا می دهد و بنابراین باعث کاهش مقاومت الکتریکی نیمه رسانا می شود.
 شکل ۳ دو نوع از تکفامساز ها را نشان می دهد که یکی بر مبنای توری (یک سطح سخت بسیار صیقلی و صاف است که روی آن تعداد زیادی شیار های موازی نزدیک به هم ایجاد شده است) و دیگری بر مبنای منشور می باشد.

آماده سازی نمونه
طیف های فرابنفش و مریی به مناسب ترین وجه از محلولهای رقیق آنالیت حاصل می شوند. اندازه گیریهای جذب در گستره بهینه، با تنظیم مناسب غلظت یا طول سلول انجام می گیرند. متاسفانه این روش عموما برای طیف بینی زیر قرمز امکان پذیر نیست زیرا هیچ حلال خوبی که در سرتاسر این ناحیه شفاف باشد وجود ندارد. در نتیجه دستکاری نمونه اغلب مشکل ترین و وقت گیرترین قسمت یک تجزیه طیف  سنجی زیر قرمز است.
الف) گازها: طیف یک مایع با دمای جوش پایین یا یک گاز را می توان با منبسط کردن نمونه به درون یک سلول تخلیه شده از هوا به دست آورد. برای این منظور انواع مختلفی از سلول ها با طول مسیرهای در گستره از چند سانتی متر تا چند متر در دسترس است. طول مسیرهای بلندتر در سلولهای فشرده با تعبیه سطوح درونی بازتابان به این نحو به دست می آیند که باریکه قبل از خارج شدن از سلول به دفعات از داخل نمونه عبور می کند.

محلول ها: در صورت عملی بودن، مناسب ترین راه برای به دست آوردن طیف های زیر قرمز دروی محلول های تهیه شده ای که حاوی غلظت معلومی از نومنه هستند، همانند طیف سنجی فرابنفش/ مریی انجام می شود. این فن از نظر کاربرد به علت در دسترس بودن حلالهایی که در نواحی قابل توجهی از زیر قرمز شفاف اند، محدودیت هایی دارد. آب و الکل ها به ندرت به کار گرفته می شوند زیرا نه تنها به شدت جذب دارند بلکه هالیدهای فلزات قلیایی را که متداول ترین مواد برای ساخت پنجره ای سلول اند نیز مورد حمله شیمیایی قرار می دهند.
ج) جامدات: طیف جامداتی که در یک حلال شفاف نسبت به زیر قرمز حل نمی شوند، غالبا با پاشیدن آنالیت در یک ماتریس مایع یا جامد به دست می آید. معمولا این فن به این نیاز دارد که اندازه ذرات جامد معلق کوچکتر از طول موج تابش زیر قرمز باشد اگر این شرط تحقق نیابد بخش قابل توجهی از تابش در اثر پراکندگی تلف می شود.
قرص سازی: یکی از متداولترین فنون برای دستکاری نمونه های جامد، قرص سازی با KBr است.( یا سایر هالید های فلزات قلیایی نیز به کار گرفته شده اند ) نمک های هالیدی خاصیت جریان سرد را دارند و که چنانچه مواد گردی ریز این نمکها تحت تاثیر فشار کافی قرار بگیرند خواص شیشه ای شفاف یا مات پیدا می کنند. در این فن ، یک میلی گرم یا مقدار کمتری از نمونه آسیاب شده با حدود 100 میلی گرم پتاسیم برمید خشک مخلوط می شود.مخلوط شدن میتواند در یک هاون چینی و یا به نحو بهتر، در یک آسیاب گلوله ای کوچک انجام شود سپس مخلوط در یک قالب فلزی مخصوص در فشاری بین 10000 تا 15000 پوند بر اینچ مربع فشرده می شود تا یک صفحه شفاف به دست آید. بهترین نتایج زمانی حاصل می شود که صفحه در خلا ساخته شود تا هوای گیر افتاده حذف گردد. سپس برای بررسی طیف بینی صفحه در مسیر باریکه دستگاه قرار داده می شود.روش قرص سازی بسیاری از ترکیبات با KBr طیف های عالی تولید می کند که در کتابخانه ها موجودند.
مُل: طیف جامداتی که در یک حلال شفاف به زیر قرمز حل نمی شوند یا به سهولت در KBr قرص تولید نمی کنند، اغلب به وسیله پاشاندن آنالیت در یک روغن معدنی یا هیدروکربن فلورودار شده مل به دست می آید. مل ها به وسیله ساییدن 2 تا 5 میلی گرم از نمونه کاملا گرد شده در حضور یک یا دو قطره از یک هیدروکربن سنگین (نوجل) تشکیل می شوند. در صورتیکه احتمال تداخل نوارهای هیدروکربن وجود داشته باشد، فلورولوب، یک بسپار هالوزن دار شده را به جای آن می توان به کار گرفت. در هرصورت مل حاصل به صورت فیلمی بین صفحات صاف نمک بررسی می شود.
 معرفی کاربردها

کاربردهای کمی: به دلیل پیچیدگی بیشتر طیف ها، باریکی نوارهای جذب و محدودیت های دستگاهی دستگاههای زیر قرمز، روش های جذبی زیر قرمز کمی تا حدی با روش های طیف سنجی مولکولی فرابنفش مریی متفاوت اند. عموما داده های کمی به دست آمده با دستگاههای زیر قرمز پاشنده در مقایسه با داده های به دست آمده با طیف نورسنج های فرابنفش مریی، به نحو قابل توجهی از کیفیت پایین تری برخوردارند.

کاربردهای نوعی

به استثنای مولکول های جورهسته، تمام گونه های مولکول های آلی و معدنی در ناحیه زیر قرمز جذب می کنند بنابراین طیف نورسنجی زیر قرمز عامل بالقوه ای را برای تعیین تعداد فوق العاده زیادی از اجسام در اختیار می گذارد. به علاوه منحصر بفرد بودن طیف های زیر قرمز به درجه ای از ویژگی منجر می شود که تنها تعداد نسبتا کمی از سایر روشهای تجزیه ای به این درجه از ویژگی می رسند و یا از آن تجاوز می کنند. از این کاربردهای نوعی می توان به تجزیه مخلوطی از هیدروکربن های آروماتیک  و اندازه گیری آلاینده های هوا اشاره کرد.