طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه

طیف‌سنجی مادون قرمز در واقع روشی است که دانشمندان برای تعیین ساختار مولکول از آن استفاده می‌کنند. کشف نور مادون قرمز را می‌توان به قرن نوزدهم نسبت داد. هر پیوند بین دو مولکول در هر ترکیبی دارای فرکانس ارتعاشی منحصر‌به‌فرد و طبیعی است و چون هر پیوند در یک ترکیب دارای محیط‌های متفاوتی است، بنابراین دو مولکول با ساختار متفاوت دارای جذب مادون قرمز متفاوتی خواهند بود و از این خاصیت می‌توان در جهت شناسایی ترکیبات استفاده کرد. روش FTIR نسل سوم طیف‌سنجی مادون قرمز است که از جمله مزیت‌های این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. نسبت سیگنال به نویز طیف به طور قابل توجهی بالاتر از نسل قبلی طیف‌سنج مادون قرمز است.
2. خطا بسیار کم است و دقت عدد موجی بالاست.
3. زمان اسکن در FTIR بسیار کوتاه‌تر است.
4. رزولوشن بالایی دارد.
5. تداخل نورهای مزاحم کم است.

طیف مادون قرمز، طیف ارتعاش مولکول‌ها است. زمانی که اشعه‌ی مادون قرمز با طول موج خاص در معرض نمونه قرار می‌گیرد باعث تغییر در گشتاور دو قطبی نمونه می‌شود؛ در نتیجه سطح انرژی ارتعاشی مولکول‌های نمونه از حالت پایه به حالت برانگیخته انتقال می‌یابد.

بیش از هفتاد سال است که این روش برای تجزیه و تحلیل مواد و همچنین شناسایی مواد در آزمایشگاه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. روش FTIR برای هر نمونه به صورت خاص و منحصر به فرد است و هیچ‌گاه دو ترکیب متفاوت طیف مادون قرمز یکسانی نخواهد داشت. این خاصیت یک نکته‌ی مثبت و بسیار کاربردی در شناسایی و تجزیه و تحلیل ترکیبات مختلف است. علاوه بر این، میزان قله‌ها در طیف، به طور مستقیم با میزان حضور یک ماده در ترکیب ارتباط دارد و الگوریتم‌های نرم‌افزاری مدرن طیف مادون قرمز، یک ابزار عالی برای تجزیه و تحلیل کمی هستند.

در واقع طیف مادون قرمز تبدیل فوریه برای غلبه بر محدودیت‌هایی که برای شناسایی ترکیبات با آن مواجه بودند توسعه یافته است. در روش‌های قبلی، مشکل اصلی اسکن کند بود و برای رفع این مشکل احتیاج به اندازه‌گیری تمام فرکانس‌های مادون قرمز به طور هم‌زمان بود نه به صورت جداگانه که البته خود این موضوع سبب کند‌شدن فرایند اسکن می‌شد. یک راه حل مناسب برای رفع این مشکل، استفاده از تداخل‌سنج در دستگاه‌ها بود که به طور هم‌زمان تمام فرکانس‌های مادون قرمز را کدگذاری می‌کند و یک نوع منحصر به فرد از سیگنال تولید می‌کند که تمام فرکانس‌های مادون قرمز کدگذاری‌شده را به همراه دارد. بنابراین اندازه‌گیری هر عنصر در نمونه از چند دقیقه به چندثانیه کاهش یافت. منطقه‌ی رایج برای طیف‌سنجی مادون قرمز 4000-400 cm^-1 است؛ زیرا در این بازه بیشتر ترکیبات آلی و معدنی جذب خواهند داشت. باید توجه داشت که بیشتر مولکول‌ها به جز چند مولکول دو اتمی O₂، N₂ و Cl₂ که گشتاور دو قطبی آن‌ها صفر است، در طیف اشعه‌ی مادون قرمز فعال هستند. تحلیل‌گر برای تحلیل طیف‌ها نیاز به کارت شناسایی یا رمزگشا دارد که بدون وجود این کارت‌ها سیگنال‌های اندازه‌گیری‌شده قابل تفسیر نخواهند بود. در واقع این کارت به مفهوم رمز‌گشای این طیف‌ها است و این کار را می‌توان با روش شناخته‌شده‌ی ریاضی به نام تبدیل فوریه انجام داد. طیف‌سنجی مادون قرمز قادر به تجزیه و تحلیل تمام نمونه‌های جامد، مایع و گاز است.