مقدمه‌ای بر انواع تکنیک های طیف سنجی
تکنیک‌های طیف‌سنجی از نور برای تعامل با ماده استفاده می‌کنند و جنبه‌های خاصی از نمونه را بررسی می‌کنند تا در مورد قوام یا ساختار آن بیاموزند. نور تابش الکترومغناطیسی است، پدیده ای با انرژی‌های متفاوت که می‌تواند برای بررسی خواص مولکولی مختلف استفاده شود. مطالعه چگونگی برهمکنش پرتوهای الکترومغناطیسی با ماده به عنوان تابعی از طول موج یا فرکانس تابش به عنوان طیف سنجی شناخته می‌شود.
توسعه بنیادی ترین نظریه‌ها در فیزیک، مانند مکانیک کوانتومی، نظریه‌های نسبیت خاص و عام و الکترودینامیک کوانتومی، به شدت بر تجزیه و تحلیل طیف سنجی متکی بوده است. آزمایش طیف‌سنجی شامل عبور تابش الکترومغناطیسی با محدوده طول موج خاص از یک منبع از طریق نمونه‌ای حاوی مواد مورد علاقه است که منجر به جذب یا انتشار می‌شود.
اصل تکنیک‌های طیف سنجی
اصطلاح «طیف‌سنجی» به طیف گسترده‌ای از تکنیک‌ها اشاره دارد که از تابش برای یادگیری ساختار و خواص ماده استفاده می‌کنند.
ایده زیربنایی پشت تمام تکنیک‌های طیف سنجی این است که پرتوی از تابش الکترومغناطیسی را به یک نمونه بتابانیم و ببینیم که چگونه به آن واکنش نشان می‌دهد.
طیف سنجی بیشتر برای شناسایی و توضیح عناصر و ترکیبات اتم‌ها و مولکول‌ها استفاده می‌شود. آنها با ارزیابی انرژی تابشی جذب شده یا ساطع شده توسط نمونه یا شی تعیین می‌شوند. در این حالت یک پرتو از تابش الکترومغناطیسی مانند اشعه مادون قرمز، اشعه UV و … بر روی نمونه ارسال می‌شود و پاسخ نمونه با استفاده از طول موج طیف الکترومغناطیسی اعمال شده از یک منبع انرژی خارجی اندازه گیری می‌شود.
انواع تکنیک های طیف سنجی
فهرست انواع تکنیک های طیف سنجی:
1. تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)
2. طیف‌سنجی فلورسانس (FS)
3. طیف سنجی رامان (RS)
4. طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)
5. طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS)
6. طیف سنجی الکترون اوژه
7. طیف سنجی انتشار اتمی
8. طیف سنجی جذب اتمی
9. طیف سنجی فوتوالکترون
10. طیف سنجی جرمی
11. طیف سنجی مادون قرمز
12. فلورسانس اشعه ایکس (XRF)
13. طیف سنجی UV
14. طیف سنجی رزونانس اسپین
15. طیف سنجی دو رنگی دایره‌ای
16. طیف سنجی Mössbauer (موزبائر)
تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)
طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) یک تکنیک فیزیکوشیمیایی برای تعیین ویژگی‌های ساختاری مولکول‌ها است. این به عنوان مطالعه مولکول‌ها با ثبت برهمکنش‌های تابش الکترومغناطیسی فرکانس رادیویی با هسته مولکول‌های قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی قوی توصیف می‌شود. طیف سنجی NMR، که بر اساس پدیده تشدید مغناطیسی هسته ای است، اطلاعات جامعی در مورد ساختار، وضعیت واکنش و محیط شیمیایی اطراف مولکول‌ها ارائه می‌دهد.
طیف‌سنجی فلورسانس (FS)
طیف‌سنجی فلورسانس مجموعه‌ای از تکنیک‌ها است که با اندازه‌گیری فلورسانس ساطع شده توسط مواد در مواجهه با اشعه ماوراء بنفش، مرئی یا سایر تشعشعات الکترومغناطیسی سروکار دارد.
طیف سنجی رامان (RS)
طیف‌سنجی رامان نوعی طیف‌سنجی ارتعاشی است که امکان تفسیر ساده و شناسایی ساختاری بسیار حساس مقادیر کمی از مواد را بر اساس ویژگی‌های ارتعاشی متمایز آنها فراهم می‌کند. سر سی وی رامان، فیزیکدان هندی، طیف سنجی رامان را نشان داد که بر اساس پراکندگی غیرکشسانی نور تک رنگ با نمونه است. به دلیل پراکندگی غیر ارتجاعی، نور حاصل فرکانس متفاوتی با نور فرودی خواهد داشت.
این روش معمولاً برای بررسی برهمکنش‌های ارتعاشی، چرخشی و سایر برهمکنش‌های فرکانس پایین در مولکول‌ها استفاده می‌شود. این برای شناسایی ساختار مولکولی، شناسایی گروه‌های عاملی و غیره کاملاً مفید است.
طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)
طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) روش ترجیحی طیف‌سنجی مادون قرمز است. تابش IR از طریق یک نمونه در طیف سنجی مادون قرمز منتقل می‌شود. نمونه مقداری از انرژی مادون قرمز را جذب می‌کند و مقداری از آن منتقل می‌شود (از آن عبور می‌کند). طیف به دست آمده با نمایش میزان جذب و انتقال مولکول به نمونه اثر انگشت مولکولی می‌دهد.
طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS)
طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس یک تکنیک تحلیلی حساس به سطح است که شامل بمباران سطح یک ماده با اشعه ایکس و اندازه‌گیری انرژی جنبشی الکترون‌های آزاد شده است. حساسیت سطح و ظرفیت برای آشکار کردن اطلاعات حالت شیمیایی از عناصر موجود در نمونه دو ویژگی مهم این رویکرد است که آن را به عنوان یک ابزار تحلیلی قدرتمند می‌کند.
طیف سنجی الکترون اوژه
طیف سنجی الکترونی اوژه (AES) نوعی طیف سنجی الکترونی است که الکترون‌های تولید شده توسط فرآیندهای آرام سازی اوژه را تشخیص می‌دهد. این یک طیف‌سنجی الکترونی در سطح هسته غیر مخرب است که برای تعیین ترکیب عنصری سطوح، لایه‌های نازک و سطح مشترک به روشی نیمه کمی استفاده می‌شود.
طیف سنجی انتشار اتمی
طیف‌سنجی انتشار اتمی (AES) یک تکنیک تحلیلی است که برای تعیین کمیت اتم‌های فلز با اندازه‌گیری شدت نور تولید شده توسط اتم‌ها در حالت‌های برانگیخته استفاده می‌شود. هنگامی که یک اتم برانگیخته به حالت اولیه خود باز می‌گردد، طول موج خاصی از تابش ساطع می‌کند. تحریک (جذب تابش) و غیر تحریک (گسیل تابش) الکترون‌ها هر دو در طیف سنجی نشر اتمی نقش دارند.
طیف سنجی جذب اتمی
طیف سنجی جذب اتمی (AAS) با استفاده از طول موج‌های خاصی از تابش الکترومغناطیسی از منبع نور، عناصر موجود در نمونه‌های مایع یا جامد را تشخیص می‌دهد. المان‌های جداگانه طول موج‌ها را متفاوت جذب می‌کنند و میزان جذب این عناصر بر اساس استانداردها ارزیابی می‌شود. اساس طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) این است که اتم‌های آزاد در حالت پایه خود می‌توانند نور با طول موج خاصی را جذب کنند.
طیف سنجی فوتوالکترون
طیف‌سنجی فوتوالکترون (PES) یک روش تجربی برای تعیین انرژی‌های الکترون اتمی و مولکولی است. طیف‌سنجی فوتوالکترون در درجه اول از یک فوتون برای برهمکنش با یک الکترون استفاده می‌کند، در حالی که سایر بخش‌های طیف الکترومغناطیسی نیز می‌توانند برای طیف‌سنجی استفاده شوند.
طیف سنجی جرمی
طیف سنجی جرمی روش دقیقی برای تعیین جرم مولکولی ترکیب و ترکیب عنصری آن است. طیف سنجی جرمی یک تکنیک تحلیلی است که می‌تواند برای تعیین نسبت جرم به بار (m / z) یک یا چند مولکول در یک نمونه استفاده شود. این اندازه گیری‌ها اغلب برای تعیین وزن مولکولی دقیق اجزای نمونه استفاده می‌شود. طیف سنجی جرمی روشی تحلیلی برای تعیین جرم مولکولی یک مولکول است که به طور غیرمستقیم در شناسایی ایزوتوپ ها نقش داشته است.
طیف سنجی مادون قرمز
طیف سنجی مادون قرمز اندازه گیری برهمکنش تابش IR با ترکیبات است. این بر این اصل استوار است که وقتی تابش IR از ترکیبات فعال IR عبور می‌کند، آنها برانگیخته می‌شوند و طیف‌های چرخشی ارتعاشی خاصی را نشان می‌دهند که مشخصه گروه عملکردی ترکیبات است.
فلورسانس اشعه ایکس (XRF)
طیف‌سنج فلورسانس اشعه ایکس (XRF) یک ابزار تحلیلی است که از فناوری اشعه ایکس برای انجام آنالیزهای شیمیایی معمول و کم تهاجمی مواد مختلف زمین‌شناسی مانند سنگ‌ها، مواد معدنی، رسوبات و سیالات استفاده می‌کند. اصول عملیاتی این سیستم بر اساس طیف سنجی پراکندگی طول موج است.
طیف سنجی UV
طیف سنجی UV یک تکنیک تحلیلی است که میزان طول موج‌های مجزای UV یا نور مرئی جذب شده یا منتقل شده توسط یک نمونه را به یک نمونه مرجع یا خالی مقایسه می‌کند. ترکیب نمونه بر این ویژگی تأثیر می‌گذارد، که ممکن است اطلاعاتی در مورد ماهیت و غلظت نمونه ارائه دهد. طیف‌سنجی UV-Vis یک تکنیک پرکاربرد در بسیاری از زمینه‌های علمی، از جمله کشت باکتری، شناسایی دارو، بررسی خلوص اسید نوکلئیک و تعیین کمیت و همچنین کنترل کیفیت در صنعت نوشیدنی و تحقیقات شیمیایی است.
طیف سنجی رزونانس اسپین
این مطالعه سطوح انرژی مرتبط با جهت گیری الکترون یا اسپین هسته‌ای با استفاده از یک میدان مغناطیسی است. تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) یک روش فرکانس رادیویی است، در حالی که رزونانس اسپین الکترون (ESR) از جذب تابش مایکروویو استفاده می‌کند.
طیف سنجی دو رنگی دایره‌ای
طیف سنجی دایره‌ای دو رنگی شامل اندازه گیری تفاوت در سطوح جذب بین دو سیگنال بزرگ است. در نتیجه، رویکرد به شدت در برابر نویز آسیب پذیر است و اندازه گیری‌ها باید با دقت انجام شود. کاربرد اولیه طیف سنجی CD پروتئین، تأیید ساختار ثانویه است. استفاده از CD برای تعیین ساختار سوم به دلیل فقدان دانش نظری از تأثیرات اجزای مختلف مولکول ها در این سطح از ساختار محدود است.
طیف سنجی Mössbauer (موزبائر)
طیف‌سنجی Mössbauer شامل جذب تشدید یک فوتون پرتو γ توسط یک هسته است. حالت تشدید با تغییر سرعت نمونه نسبت به منبع با استفاده از اثر داپلر به دست می‌آید. محیط شیمیایی هسته تغییرات فرکانس مشخصی را ایجاد می‌کند.
کاربردهای تکنیک‌های طیف سنجی
- تکنیک‌های طیف سنجی بیشتر برای بررسی ساختار مولکول ها و اتم‌ها استفاده می‌شود. طیف‌سنجی ساختار و پیکربندی‌های الکترونی اتم‌ها و مولکول‌ها را با استفاده از طول موج بلند بررسی می‌کند.
- همچنین می‌توان از تکنیک‌های طیف سنجی برای تعیین ترکیب شیمیایی مواد ناشناخته استفاده کرد. طیف انتشار طیف‌سنجی به شناسایی چند قسمت در میلیون عنصر کمیاب در یک ماده کمک می‌کند.
- تکنیک‌های طیف‌سنجی برای بررسی جو ستارگان سرد برای گونه‌های مولکولی، ابرهای مولکولی که در آن ستاره‌های جدید پدیدار می‌شوند و جابجایی‌های داپلر کهکشان‌ها برای ردیابی حرکات آنها استفاده می‌شود.
- تکنیک‌های طیف‌سنجی به مطالعات بیوشیمیایی مانند ذوب DNA، پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، اسیدهای نوکلئیک و غیره و همچنین تعیین خصوصیات سطحی، مطالعات سینتیکی شیمیایی روی واکنش‌دهنده‌ها و محصولات واکنش‌ها، تجزیه و تحلیل کمی و کیفی فلزات واسطه و مطالعات شیمیایی کمک می‌کنند. و فرآیندهای بیوشیمیایی و مطالعات ایزوتوپی.
- تجزیه و تحلیل آلاینده‌های هوا، آلودگی‌های آلی و معدنی در فاضلاب‌ها و آب‌های طبیعی با تکنیک‌های طیف‌سنجی آسان‌تر می‌شود.
- تکنیک‌های طیف سنجی به بهبود کیفیت‌های مختلف مانند گرم کردن، تابش و آغشته کردن جواهرات با روغن، موم و غیره کمک می‌کند.
همچنین بخوانید:
- طیف سنجی NMR: تعریف، اصول، مراحل، اجزا و موارد استفاده
- طیف سنجی مادون قرمز (Infrared Spectroscopy): تعریف، اصول، تجهیزات و موارد استفاده
- طیف سنجی UV-Vis: اصول، قطعات، موارد استفاده، محدودیت‌ها
- طیف سنجی جرمی (Mass Spectrometry (MS)): اصول، طرز کار، ابزارها، مراحل و موارد استفاده
- طیف سنجی نشر اتمی: تعریف، قطعات، کاربردها، مزایا، معایب
- تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)
مترجم: حنانه بریمانی
