ما هي أنواع العينات التي يمكن تحليلها بواسطة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء؟ المواد الصلبة والسوائل والغازات والمزيد

باختصار، يمكن للتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (IR) تحليل مجموعة واسعة بشكل استثنائي من العينات، بما في ذلك المواد الصلبة والسوائل والغازات. القيد الأساسي ليس الحالة الفيزيائية للعينة نفسها، بل الطريقة المستخدمة لإعدادها. لإجراء تحليل ناجح، يجب تحضير العينة بطريقة تسمح لضوء الأشعة تحت الحمراء إما بالمرور عبرها أو التفاعل مع سطحها بفعالية.

المبدأ الأساسي لتحليل عينات الأشعة تحت الحمراء هو الشفافية. يجب أن تكون العينة، وأي مادة تحملها (مثل النافذة أو المذيب)، شفافة للإشعاع تحت الأحمر في نطاق الطول الموجي موضع الاهتمام للحصول على طيف قابل للاستخدام.

تحليل العينات الصلبة

التحدي الأساسي مع المواد الصلبة هو جعلها شفافة بما فيه الكفاية لمرور ضوء الأشعة تحت الحمراء. تحقق العديد من التقنيات الراسخة هذا الأمر.

طريقة أقراص KBr

هذه طريقة انتقال كلاسيكية. يتم طحن كمية صغيرة من العينة الصلبة جيدًا مع ملح هاليد قلوي مسحوق وجاف، وأكثرها شيوعًا هو بروميد البوتاسيوم (KBr). ثم يتم ضغط هذا الخليط تحت ضغط عالٍ في قالب لتشكيل قرص صغير وشفاف يمكن وضعه مباشرة في شعاع الأشعة تحت الحمراء.

تقنية المعلق (Mull Technique)

بالنسبة لهذه الطريقة، يتم طحن العينة الصلبة إلى معجون ناعم ("معلق") باستخدام عامل تعليق. العامل الأكثر شيوعًا هو الزيوت المعدنية (Nujol). ثم يتم مسح طبقة رقيقة من هذا المعجون بين لوحين مسطحين ومصقولين من الملح (مثل كلوريد الصوديوم أو بروميد البوتاسيوم) للتحليل.

الانعكاس الكلي المخمد (ATR)

ATR هي تقنية سطحية حديثة أصبحت شائعة للغاية بسبب بساطتها. إنها تتطلب عمليًا لا تحضير للعينة. ببساطة، يتم الضغط على المادة الصلبة (أو السائلة) مقابل بلورة ذات معامل انكسار عالٍ، مصنوعة عادةً من الألماس أو الجرمانيوم أو سيلينيد الزنك. يتم توجيه شعاع الأشعة تحت الحمراء عبر البلورة، حيث يتفاعل مع السطح المباشر للعينة.

تحليل العينات السائلة والغازية

عادة ما تكون السوائل والغازات أبسط في التحليل لأنها موحدة بالفعل. الاعتبار الرئيسي هو احتواؤها في وعاء شفاف للأشعة تحت الحمراء.

السوائل النقية والمحاليل

يمكن تحليل السوائل النقية ("العيّنات النقية") عن طريق وضع قطرة واحدة بين لوحي ملح، مما يخلق طبقة رقيقة. بالنسبة للمحاليل، يتم إذابة العينة في مذيب يحتوي على حد أدنى من نطاقات الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء (مثل رابع كلوريد الكربون أو الكلوروفورم) ووضعها في خلية سائلة خاصة ذات نوافذ شفافة للأشعة تحت الحمراء.

تحليل الغازات

يتم تحليل الغازات باستخدام خلية غاز. وهي عبارة عن أنبوب طويل مغلق من كلا الطرفين بنوافذ شفافة للأشعة تحت الحمراء. يمر شعاع الأشعة تحت الحمراء عبر طول الخلية، مما يزيد من طول المسار وبالتالي فرصة التفاعل مع جزيئات الغاز منخفضة التركيز.

القيد الحاسم: لماذا تعتبر ألواح الملح ضرورية

لا يمكنك استخدام كوفيتات زجاجية أو كوارتز عادية للتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء في النطاق المتوسط. هذا لأن الروابط الكيميائية في هذه المواد (السيليكون والأكسجين) تمتص بقوة إشعاع الأشعة تحت الحمراء، مما يحجب الإشارة ويجعلها معتمة بشكل فعال.

دور الهاليدات القلوية

تُستخدم مواد مثل كلوريد الصوديوم (NaCl) و بروميد البوتاسيوم (KBr) لأنها شفافة لضوء الأشعة تحت الحمراء. الروابط الأيونية المفردة في شبكتها البلورية ليس لها ترددات اهتزازية في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة النموذجي (4000-400 سم⁻¹)، لذا فهي لا تتداخل مع قياس العينة.

فهم المفاضلات

كل طريقة لإعداد العينة لها مزايا وعيوب مميزة تجعلها مناسبة لمواقف مختلفة.

أقراص KBr: جودة عالية، جهد كبير

تنتج الأقراص أطيافًا عالية الجودة ولكنها تتطلب عمالة مكثفة وحساسة للغاية للرطوبة. يمتص الماء امتصاصًا قويًا جدًا للأشعة تحت الحمراء ويمكن أن يلوث KBr بسهولة، مما يحجب أجزاء من الطيف.

المعلقات: سريعة ولكن قد تتداخل

تقنية المعلق أسرع من صنع القرص، لكن عامل التعليق (مثل الزيوت المعدنية) سيظهر نطاقات امتصاص C-H الخاصة به في الطيف. يجب أن يكون المحلل قادرًا على التمييز بين هذه القمم المعروفة والقمم الفعلية للعينة.

ATR: الخيار المفضل للسرعة والبساطة

تعتبر ATR سريعة وغير مدمرة، وتعمل على مجموعة كبيرة من العينات، بما في ذلك المواد الصلبة المعتمة والأغشية والمساحيق. ومع ذلك، فهي تقنية سطحية، لذا قد لا تمثل التركيب الكلي لعينة غير متجانسة.

اتخاذ الخيار الصحيح لهدفك

يعتمد اختيارك للطريقة بالكامل على نوع عينتك وهدفك التحليلي.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو الحصول على طيف انتقال عالي الجودة لعينة صلبة نقية: طريقة قرص KBr هي المعيار الذهبي، بافتراض أنه يمكنك تجنب تلوث الرطوبة.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تحليل وصفي سريع لعينة صلبة أو سائلة: تعتبر ATR هي الطريقة الأسرع والأكثر ملاءمة المتاحة.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو تحليل مركب مذاب أو سائل نقي: استخدم خلية سائلة أو قم بإنشاء طبقة رقيقة بين لوحي ملح.
• إذا كان يجب عليك تحليل عينة في حالتها الغازية: تعتبر خلية الغاز المخصصة هي الخيار المناسب الوحيد.

في نهاية المطاف، يتيح لك فهم مبادئ إعداد العينة اختيار التقنية المثلى لأي تحدٍ تحليلي.

جدول ملخص:

نوع العينة	طرق التحضير الشائعة	الاعتبارات الرئيسية
المواد الصلبة	قرص KBr، ATR، معلق (زيوت معدنية)	الشفافية لضوء الأشعة تحت الحمراء أمر بالغ الأهمية؛ تجنب تلوث الرطوبة.
السوائل	نقي (ألواح ملح)، محلول (مذيب شفاف للأشعة تحت الحمراء)	استخدم مذيبات مثل CCl₄ أو الكلوروفورم ذات امتصاص الأشعة تحت الحمراء الأدنى.
الغازات	خلية غاز (مسار طويل)	مثالي للجزيئات منخفضة التركيز؛ يتطلب نوافذ محكمة الإغلاق وشفافة للأشعة تحت الحمراء.

هل تحتاج إلى المعدات المناسبة لتحليل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء؟ تتخصص KINTEK في المعدات والمواد الاستهلاكية المخبرية عالية الجودة، بما في ذلك المكابس لأقراص KBr، وملحقات ATR، وألواح الملح الشفافة للأشعة تحت الحمراء. تم تصميم منتجاتنا لضمان نتائج دقيقة وموثوقة لمختبرك. اتصل بنا اليوم للعثور على الحل الأمثل لاحتياجات تحضير العينات الخاصة بك!