جهاز مطياف تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء FT-IR Spectrometer

فى هذا الموضوع بأذن الله سوف نتكلم عن جهاز مطياف تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء وكل ما يتعلق به.

جهاز مطياف تحويل فورييه FT-IR Spectrometry

Double beam IR spectrometer 

– معظم أجهزة مطياف الأشعة تحت الحمراء المستخدمة مزدوجة الحزمة أي أنها Double beam spectrometers لأن انخفاض طاقة الأشعة تحت الحمراء وعدم ثبات المصدر الضوئي ووحدة القياس وضرورة تكبير الاشارات الكهربية الضعيفة الناتجة يجعل من التصميم ذي حزمتين أمراً ضرورياً  لهذه الأجهزة.

– ويتم في هذة الأجهزة فصل أشعة المصدر إلى  حزمتين متساويتين بواسطة مرآة متحركة rotating mirror وقاطع للضوء light interrupter حيث تتأرجح أشعة المصدر بالتناوب بين خلية العينة sample Cell والخلية المرجعية أو البلانك  Reference Cell. 

– وفي النهاية يمر شعاع العينة بالتناوب الى وحدة تحليل الأشعة كما هو موضح بالشكل التالي:

مسار الأشعة المزدوج فى مطياف IR

مطياف الأشعة تحت الحمراء المزود بمحول فورييه 

– يطلق عليه بالانجليزية: Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectrometry أو جهاز مطياف تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء
 
– جهاز مطياف تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (FT-IR) هو تقنية تستخدم للحصول على طيف بالأشعة تحت الحمراء لامتصاص أو انبعاث مادة صلبة أو سائلة أو غازية. 
 
– يقوم مطياف فورييه في نفس الوقت بجمع البيانات عالية الدقة الطيفية على مدى طيفي واسع. هذا يوفر ميزة كبيرة على مقياس تشتت الطيف، والذي يقيس الشدة على مدى ضيق من أطوال الموجات في وقت واحد.

فكرة عمل جهاز FT-IR

– الهدف من أي مطياف امتصاص (FT-IR) هو قياس مدى امتصاص العينة للضوء عند كل طول موجي.

– إن الطريقة الأكثر وضوحًا للقيام بذلك، تقنية «التحليل الطيفي التشتت»، هي تسليط شعاع ضوء أحادي اللون على عينة، وقياس مقدار امتصاص الضوء، وتكرار كل طول موجة مختلف. (على سبيل المثال هذه هي الطريقة التي تعمل بها بعض مطياف الأشعة فوق البنفسجية)

– يعد التحليل الطيفي فوريير FT-IR وسيلة أقل سهولة للحصول على نفس المعلومات. بدلاً من تسليط شعاع من الضوء أحادي اللون (شعاع يتكون من طول موجي واحد فقط) في العينة
 
– تسطع هذه التقنية شعاعًا يحتوي على العديد من ترددات الضوء في وقت واحد ويقيس مقدار الامتصاص الذي تمتصه تلك الحزمة من العينة. 
 
– يتم تعديل الحزمة بحيث تحتوي على مجموعة مختلفة من الترددات، مما يعطي نقطة بيانات ثانية. 
 
– تتكرر هذه العملية عدة مرات.
 
– يأخذ الحاسوب كل هذه البيانات ويعمل إلى الوراء لاستنتاج ما هو الامتصاص في كل طول موجة.
 
– يتم إنشاء الحزمة الموصوفة أعلاه من خلال البدء بمصدر ضوئي واسع النطاق – واحد يحتوي على الطيف الكامل للأطوال الموجية الواجب قياسها. يضيء المصباح في مقياس ميكلسون للتداخل، وهو تكوين معين من المرايا، يتم تحريك أحدها بواسطة محرك. أثناء تحرك هذه المرآة، يتم حظر كل طول موجي للضوء في الحزمة بشكل دوري أو إرساله أو حظره أو إرساله بواسطة مقياس التداخل بسبب تداخل الموجة. يتم تشكيل أطوال موجية مختلفة بمعدلات مختلفة، بحيث يكون للحزمة الخارجة من مقياس التداخل في كل لحظة طيف مختلف.
 
– يلزم معالجة الحاسوب لتحويل البيانات (امتصاص الضوء لكل وضع مرآة) إلى النتيجة المرجوة (امتصاص الضوء لكل طول موجي). تبين أن المعالجة المطلوبة عبارة عن خوارزمية شائعة تسمى تحويل فورييه (ومن هنا جاءت تسميته «التحليل الطيفي لتحويل فورييه»). تسمى البيانات الأولية أحيانًا «التداخل».

مميزات جهاز FT-IR

(1) سرعة التحليل العالية
 
أدركت ميزة السرعة لأنه تم فحص جميع الأطوال الموجية في المجال الطيفي معاً وعرضت طيوف الامتصاص في الوقت الحقيقي.
 
(2) انعدام الشقوق والحواجز الشبكية 
 
إنّ غياب الحد الأدنى من طاقة العناصر تجعل من المحتمل توافر كامل طاقة الشعاع الحاصل بأي لحظة من الزمن. ومن ناحية أخرى نظراً لارتفاع سرعة المسح الضوئي لعدة طيوف المضافة مع بعضها ومتوسط نتائج الإشارة في عدة حقول حسنت من حساسيتها.
 
(3) تعديل الترددات في وقت واحد 
 
على الرغم من أنّ مقياس تداخل نيكلسون ينظم جميع الترددات المتواجدة في وقت واحد إلا أنه ليس هناك ما يساوي الضوء الشارد الذي يسهم في إيضاح الطيف.
 
(4) معايرة الأطوال الموجية المدمجة
 
الجهاز مبنى على ليزر He-Ne والذي يستخدم داخلياً للمعايرة الذاتية للترددات الفردية لتكون دقتها أكثر من (0.01) cm-1. ومع ذلك لا يزال من المستحسن تشغيل الطيف المرجعي لطبقة البولي الستيرين الرقيقة من حين لآخر ومقارنتها بالطيف المعياري المحفوظ في المكتبة المرجعية في وقت التثبيت.
 
(5) غياب المكونات المتحركة 
 
إنّ غياب المكونات المتحركة باستثناء المرآة المتحركة يقلل التمزق الناتج عن الاستعمال.
 
(6)غياب المشابك وأسلوب الشقوق الطولية 
 
يضمن غيابها تماسك الحزم وعدم وجود انقطاعات على طول المجال الطيفي.
 
(7) ميزة التداخل الطيفي 
 
– ميزة التداخل الطيفي والتي تساعد على المقارنة مع الطيوف المرجعية القياسية المحفوظة في الجهاز الطيفي التجاري أو في المكتبات العامة.
 
– الحساسية العالية الملازمة لهذه التقنية تسمح بالاستخدام الفعال لكل ملحقات الجهاز مثل موزع الانعكاس، مخفف الانعكاس الكلي، ملحق ملمع الانعكاس، خلايا الغاز وما إلى ذلك من الأشياء التي تجعل تقنية FT-IR سريعة ومتعددة الاستعمالات وموثوق بها لتوصيف المواد.

اختلافات مطياف FT-IR عن مطياف الأشعة تحت الحمراء Regular IR

– يختلف مطياف الأشعة تحت الحمراء المزود بمحول فورييه FT-IR عن مطياف الأشعة تحت الحمراء Regular IR فيما يلي:
 
(1) سريع وحساس جداً
 
(2) مصدر الطاقة فى مطياف FT-IR يكون LASER Monochromatic source 
 
(3) لا يحتوي مطياف FT-IR على موحد للموجات monochromator وعلى ذلك فأن الشعاع الساقط  يحتوي على كل أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة المدى 5000-400 cm-1
 
(4) الجهاز مزود بمحول Analog to digital converter لكى يسهل دمجه مع أجهزة التحليل الكروماتوجرافي GC-FTIR or HPLC-FTIR
 
(5) يتميز جهاز FT-IR spectrometer بأنه يقوم بتحليل العينات الصغيرة الحجم وبدرجة أسرع وأدق من الجهاز العادي.
 
(6) يعطي درجة تمييز عالية جداً Very high resolution
 
(7) يمكنه تحليل ملوثات الهواء مثل أول أكسيد الكربون وأكسيد الإيثيلين وغيرها.

شكل جهاز مطياف FT-IR

شكل جهاز مطياف FT-IR

مسار الأشعة فى مطياف FT-IR

– ينقسم الشعاع الساقط إلى حزمتين Beam splitter كما هو موضح في الشكل التالي:
 
– الحزمة الأولي لها طول موجة ثابت fixed wavelength وتوجه إلى المرآة الثابتة.
 
– الجزمة الثانية لها طول موجة متغير Variable Wavelength وتوجه إلى المرآة المتحركة Movable mirror
 
مسار الأشعة في مطياف FT-IR
مسار الأشعة في مطياف FT-IR

مقارنة بين مطياف FT-IR ومطياف Dispersive- IR

الشكل التالي يوضح المقارنة بين مطياف FT-IR ومطياف Dispersive-IR

مقارنة بين مطياف FT-IR ومطياف Dispersive- IR

مصادر أخري يمكنك الرجوع إليها لمزيد من القراءة عن هذا الموضوع:

(1) التحليل الآلي – النظرية والتطبيق – الطرق الطيفسة – تحويل فوراييه

(2) تحميل كتاب أساسيات Spectroscopy

(3) FT-IR Spectrometry

(4) Dispersive & FTIR spectroscopy

(5) Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR

شاهد أيضاً

تعيين عيارية وتركيز كلورید الصودیوم باستخدام محلول قیاسي من نترات الفضة (طريقة موهر Mohr’s method)

طريقة موهر Mohr’s method ** طريقة موهر هي أحدى الطرق المستخدمة لتحديد نقطة النهاية في معايرات الترسيب …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *