HỆ THỐNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI FTIR – Hãng sản xuất: Jasco- Nhật Bản

1.Tia hồng ngoại

Nhà Thiên văn học, William Herschel đã khám phá ra tia hồng ngoại vào năm 1800. Herschel quan sát sự gia tăng nhiệt độ khi ông di chuyển nhiệt kế từ ánh sáng màu tím đến ánh sáng màu đỏ trong cầu vồng tạo ra bởi ánh sáng mặt trời qua lăng kính, ông đã phát hiện ra rằng, điểm nóng nhất thật sự nằm phía trên ánh sáng đỏ. Bức xạ phát nhiệt này không thể nhìn thấy được, ông đặt tên cho bức xạ không nhìn thấy được này là “tia nhiệt” (calorific ray) mà ngày nay chúng ta gọi nó là tia hồng ngoại.

2.Bản chất của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng và đều là sóng điện từ. Bức xạ điện từ có bản chất nhị nguyên: vừa thể hiện tính chất sóng, vừa thể hiện tính chất hạt

  • Bản chất sóng thể hiện bởi bước sóng l hay tần số n. Một đại lượng hay dùng là số sóng:
  v : Số sóng ( cm-1)

λ    : Bước sóng (cm)

Bản chất hạt thể hiện bởi phương trình :

E   : Năng lượng của photon

h    : Hằng số Plack, h=6,63.10-34 (J.s)

n: Tần số (Hz)

C: vận tốc ánh sáng trong chân không, c=3.108 (m/s)

  • Bước sóng càng ngắn thì năng lượng (E) càng cao và ngược lại

3.Tính chất tia hồng ngoại

– Tia hồng ngoại tuân theo định luật : truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường

– Có tác dụng tạo ra nhiệt rất mạnh nên thường sử dụng để sưởi ấm, sấy khô

– Có thể gây ra một số phản ứng hóa học, nên ứng dụng để chế tạo phim chụp ảnh hồng ngoại vào ban đêm

– Có thể biến điệu như là sóng điện từ cao tầng

  1. Vùng bức xạ hồng ngoại

-Near-IR : 400-10 cm-1 (1000- 25 μm)

-Mid-IR : 4000 – 400 cm-1 (25- 2,5μm)

-Far-IR : 14000- 4000 cm-1 (2,5 – 0,8μm)

5.Ứng dụng của quang phổ hồng ngoại

Quang phổ hồng ngoại ứng dụng rất nhiều trong nhiều ngành công nghiệp,

Vùng hồng ngoại Ứng dụng
Hồng ngoại gần ( cận hồng ngoại) : 400-10 cm-1 – Giám sát quá trình sản xuất thực phẩm ( xác định điểm cuối của quá trình tạo hạt, trộn hoặc sấy khô)

– Giám sát quá trình sản xuất thuốc ( xác định độ cứng, độ xốp, kích thước độ dày, độ bền nén, độ phân huỷ, khả năng giả mạo của thuốc)

– Thiên văn học nghiên cứu bầu khí quyển của các ngôi sao lạnh, các dao động lắc và quay của các phân tử như oxit titan, xianua và cacbon monoxit có thể được nhìn thấy trong dải bước sóng này.

-Xác định chất lượng thức ăn gia súc, ngũ cốc,gia vị, trái cây, chất béo, dầu và định lượng thành phần nông sản.

– Phân tích không phá huỷ mẫu

– Chế tạo các thiết bị quan sát từ xa

– Nghiên cứu vật liệu Nano, màng mỏng, lớp phủ

Hồng ngoại trung: 4000-400 cm-1 – Nhận danh định tính nhóm chức, đồng phân quang học của một chất mới.

– Xác định độ tinh khiết

– Phân tích định lượng

– Kiểm tra chất lượng sản phẩm

– Phân tích pháp y

– Phân tích không phá huỷ mẫu

– Phân tích thật giả

– Phát hiện rò rỉ khí gas

Hồng ngoại xa (hồng ngoại viễn) : 14000- 4000 cm-1 -Dùng để nướng, rã đông, làm khô,  thanh trùng thực phẩm

– Hỗ trợ điều trị: giảm đau nhức, điều trị hệ bài tiết, hỗ trợ điều trị các bệnh về đường hô hấp,phòng chống ung thư ác tính.

-Hỗ trợ làm đẹp và điều trị các bệnh da liễu

  1. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)

FTIR là viết tắt của hồng ngoại biến đổi Fourier, phương pháp quang phổ hồng ngoại phổ biến. Trong quang phổ hồng ngoại, bức xạ IR truyền qua mẫu. Một số bức xạ hồng ngoại hấp thụ bởi mẫu và một số bức xạ đi xuyên qua (truyền qua). Phổ thu được đại diện cho sự hấp thụ và truyền qua phân tử cho biết bản chất (fingerprint) phân tử của mẫu. Như một dấu vân tay không có hai trong cấu trúc duy nhất của phân tử. Điều này làm cho Quang phổ rất hữu ích cho một số loại phân tích.

  1. Vậy FTIR có thể cung cấp thông tin gì?
  • Nó có thể xác định các vật liệu CHƯA XÁC ĐỊNH TÊN
  • Nó có thể xác định chất lượng hoặc tính nhất quán của mẫu
  • Nó có thể xác định lượng thành phần trong hỗn hợp
  1. Công nghệ cũ

Các thiết bị hồng ngoại ban đầu thuộc loại phân tán. Những thiết bị này tách các tần số riêng của năng lượng phát ra từ nguồn hồng ngoại.

Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng lăng kính hoặc cách tử. Một lăng kính hồng ngoại hoạt động giống hệt như một lăng kính phân tách ánh sáng thành màu khả kiến của nó (tần số). Cách tử là một nhân tố phân tán nhiều hiện đại, tách các tần số năng lượng hồng ngoại tốt hơn. Đầu dò đo lượng năng lượng ở mỗi tần số đã đi qua mẫu. Kết quả là biểu đồ của cường độ so với tần số tạo nên phổ hồng ngoại.

Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier được ưu tiên hơn so với phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại phân tán hoặc bộ lọc phía trên vì một số lý do:

  • Đây là một kỹ thuật không phá hủy
  • Nó cung cấp một phương pháp đo chính xác mà không cần hiệu chuẩn bên ngoài
  • Nó có thể tăng tốc độ, thu thập tín hiện quét mỗi giây
  • Nó có thể làm tăng độ nhạy – số lần quét trong một giây có thể được cộng với nhau để giảm tỷ lệ tiếng ồn ngẫu nhiên
  • Nó có thông lượng quang học lớn hơn
  • Nó đơn giản về mặt cơ học chỉ với một bộ phận chuyển động
  1. Tại sao lại sử dụng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier?

Quang phổ hồng ngoại là một kỹ thuật đặc biệt để phân tích vật liệu trong phòng thí nghiệm có hơn bảy mươi năm. Phổ hồng ngoại đại diện cho một dấu vân tay của một mẫu có các đỉnh hấp thụ tương ứng với tần số dao động giữa các liên kết của các nguyên tử tạo nên vật chất. Bởi vì mỗi vật liệu khác nhau là sự kết hợp độc đáo của các nguyên tử, không có hai hợp chất tạo ra quang phổ hồng ngoại giống hệt nhau. Do đó, tia hồng ngoại quang phổ có thể xác định dương tính (phân tích định tính) của mọi loại vật liệu khác nhau. Ngoài ra, kích thước của các đỉnh trong quang phổ là cho biết lượng vật liệu hiện có. Với thuật toán phần mềm hiện đại, hồng ngoại là một công cụ tuyệt vời để phân tích định lượng.

Phép đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) được phát triển để khắc phục những hạn chế gặp phải với thiết bị phân tán mà khó khăn chính là quá trình quét chậm. Một phương pháp để đo lường tất cả tần số hồng ngoại đồng thời, thay vì riêng lẻ, là cần thiết. Một giải pháp được phát triển sử dụng một thiết bị quang học rất đơn giản được gọi là giao thoa kế. Giao thoa kế tạo ra một loại tín hiệu duy nhất mà tất cả các tần số hồng ngoại được “mã hóa”. Tín hiệu có thể được đo rất nhanh chóng, thường theo thứ tự trong một giây hoặc lâu hơn. Do đó, thời gian ghi nhận mỗi mẫu được giảm xuống chỉ trong vài giây thay vì vài phút.Hầu hết các giao thoa kế sử dụng một bộ tách chùm tia hồng ngoại tới và chia nó thành hai chùm quang học. Một chùm phản xạ từ gương phẳng cố định tại chỗ. Chùm tia còn lại phản xạ từ một gương phẳng nằm trên một cơ chế cho phép gương này di chuyển một khoảng cách rất ngắn (thường là một vài milimét) cách xa bộ tách tia. Hai chùm tia phản xạ từ các gương tương ứng và được ghép lại khi chúng gặp nhau ở bộ tách tia.

Bởi vì một chùm tia có chiều dài cố định và chùm kia liên tục thay đổi khi gương  di chuyển, tín hiệu đi ra từ giao thoa kế là kết quả của hai chùm tia này “giao thoa” với nhau. Tín hiệu kết quả được gọi là một chương trình giao thoa có thuộc tính duy nhất mà mọi điểm dữ liệu (chức năng của gương chuyển động) tạo nên thông tin tín hiệu về mọi tần số hồng ngoại phát ra từ nguồn.

Điều này có nghĩa là khi chương trình giao thoa được đo, tất cả các tần số được đo đồng thời. Do đó, việc sử dụng giao thoa kế dẫn đến kết quả các phép đo nhanh chóng cực kỳ.

Bởi vì các nhà phân tích yêu cầu một phổ tần số (một biểu đồ của cường độ tại mỗi tần số riêng lẻ) để xác định, tín hiệu giao thoa không thể được diễn giải trực tiếp. Một phương tiện “giải mã” tần số riêng là bắt buộc. Điều này có thể được thực hiện thông qua một kỹ thuật toán học được gọi là phép biến đổi Fourier. Sự biến đổi này được thực hiện bởi máy tính, và cho người sử dụng thông tin phổ mong muốn để phân tích.

  1. Quá trình phân tích mẫu

Quy trình phân tích thông thường như sau:

  1. Nguồn: Năng lượng hồng ngoại được phát ra từ một nguồn sáng. Chùm tia này đi qua một khe kiểm soát năng lượng đến mẫu (và cuối cùng là đầu dò).
  2. Giao thoa kế: Chùm tia đi vào giao thoa kế nơi “Mã hóa quang phổ” diễn ra. Tín hiệu giao thoa kết quả sau đó đi ra khỏi giao thoa kế. Giao thoa kế sử dụng tia laser tham chiếu để hiệu chuẩn chính xác bước sóng, kiểm soát vị trí gương và thời gian thu thập dữ liệu.
  3. Mẫu: Chùm tia đi vào buồng mẫu nơi nó được truyền xuyên qua hoặc phản xạ khỏi bề mặt của mẫu, tùy thuộc vào loại phân tích được thực hiện. Đây là tần số cụ thể của năng lượng, là đặc tính duy nhất mà mẫu hấp thụ.
  4. Đầu dò: Chùm tia cuối cùng đi tới đầu dò để ghi nhận tín hiệu. Các đầu dò được sử dụng được thiết kế đặc biệt để đo tín hiệu giao thoa đặc biệt.
  5. Máy tính: Tín hiệu đo được số hóa và gửi đến máy tính thực hiện phép biến đổi Fourier. Phổ hồng ngoại được tạo ra để người sử dụng xử lý và diễn giải.

Vì cần phải có một thang đo tương đối cho cường độ hấp thụ, nên phổ nền cũng phải được đo. Đây thường là một phép đo không có mẫu trong buồng. Điều này có thể được so sánh với phép đo với mẫu trong buồng để xác định “phần trăm độ truyền qua “. Kỹ thuật này dẫn đến phổ của mẫu sẽ được loại bỏ tất cả các đặc tính nhiễu của thiết bị. Do đó, tất cả các đặc điểm quang phổ hiện diện là của mẫu. Một phép đo nền có thể được sử dụng cho nhiều phép đo mẫu bởi vì phổ nền là đặc trưng cho nhiễu của chính thiết bị đó.

  1. Ưu điểm của Quang phổ biến đổi Fourier

Những ưu điểm chính của FTIR so với kỹ thuật phân tán bao gồm:

  • Tốc độ: Bởi vì tất cả các tần số được đo đồng thời, hầu hết các phép đo bằng FTIR được thực hiện trong vài giây thay vì vài phút. Điều này đôi khi được gọi là Lợi thế Felgett.
  • Độ nhạy: Độ nhạy được cải thiện đáng kể với FTIR vì nhiều lý do.

Các đầu dò được sử dụng nhạy hơn nhiều, thông lượng quang học

cao hơn nhiều (được gọi là Lợi thế Jacquinot), dẫn đến nhiễu nền thấp hơn và quá trình quét nhanh đồng thời một số lần quét  để giảm nhiễu đo ngẫu nhiên xuống bất kỳ mức mong muốn nào (tham khảo

như tín hiệu trung bình).

  • Tính đơn giản về cơ học: Gương chuyển động trong giao thoa kế là gương duy nhất chuyển động liên tục trong thiết bị. Do đó, có rất ít khả năng của sự cố cơ học.
  • Hiệu chuẩn nội bộ: Các thiết bị này sử dụng tia laser HeNe tham chiếu như chuẩn hiệu chuẩn bước sóng bên trong (được gọi là Lợi thế Connes). Các thiết bị này có thể tự hiệu chuẩn và không bao giờ cần phải được hiệu chuẩn bởi người dùng.

Những ưu điểm này, cùng với một số ưu điểm khác, làm cho các phép đo được thực hiện bởi FTIR cực kỳ chính xác và có thể tái tạo. Do đó, nó là một kỹ thuật rất đáng tin cậy để xác định sự có mặt của hầu như bất kỳ mẫu nào. Các lợi ích về độ nhạy cho phép xác định ngay cả những chất gây ô nhiễm nhỏ nhất. Điều này làm cho FTIR trở thànhcông cụ vô giá để kiểm soát chất lượng hoặc các ứng dụng đảm bảo chất lượng cho dù nó được so sánh hàng loạt với các tiêu chuẩn chất lượng hoặc phân tích một chất gây ô nhiễm chưa biết. Ngoài ra, độ nhạy và độ chính xác của đầu dò FTIR, cùng với một loạt các thuật toán phần mềm, đã làm tăng đáng kể ứng dụng thực tế của tia hồng ngoại để phân tích định lượng. Phương pháp định lượng có thể dễ dàng phát triển và hiệu chuẩn và có thể được kết hợp vào các quy trình đơn giản để phân tích thông thường.

Do đó, kỹ thuật hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đã mang lại  những ưu điểm thực tế đầy ý nghĩa . Nó đã làm cho phát triển nhiều kỹ thuật lấy mẫu mới được thiết kế để giải quyết những vấn đề thách thức mà công nghệ cũ không thể thực hiện được. Nó đã làm cho sử dụng phân tích hồng ngoại hầu như vô hạn.

Hãy đến và trải nghiệm củng chúng tôi với tính năng mới của Thiết bị Quang phổ Hồng ngoại đầy mạnh mẽ, uy lực và bền bỉ của tập đoàn Jasco do công ty TNHH Thiết Bị Khoa Học Thiết Bị Thành Khoa cung cấp.

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ KHOA HỌC KỸ THUẬT THÀNH KHOA

THÀNH KHOA  TECHNICAL SCIENTIFIC INSTRUMENTS CO.LTD

Kinh doanh thiết bị khoa học kỹ thuật- Dịch vụ, bảo trì, sửa chữa máy móc thiết bị phòng thí nghiệm,.

208/20 PHAN HUY ÍCH, P.12, Q.GÒ VẤP-TP.HCM –ĐT:84-28-3987 5369, 3535 3479, 3535 3268 -FAX 84-28-5436 7595

      Email : tkinstruments@thanhkhoa.com.vn-Website: www.thanhkhoa.com.vn

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

028-39875369