بخشی از مقاله
طيف نگاري UV, FTIR, IR
طيف نگاري UV, FTIR, IR
موضوعات مورد بررسي در اين سمينار، خصوصيات پرتوهاي IR,UV و وسايل طيف نگاري است و همچنين كاربرد اين پرتوها به عنوان آناليز سطوح بر روي مواد مي باشد.
فصل 1
1-1) خصوصيات و ويژگي هاي پرتو UV (وراء بنفش)
اشعه واراء بنفش بدسته اي از امواج الكترو مغناطيس اطلاق مي شود كه پس از طيف مرئي قرار گرفته و طول موج آن بين A3900-1800 ( و يا 39/0 مو و 0144/0 مو) مي باشد. اين اشعه قابل رويت نيست ولي از روي خاصيت شيميايي آن مي توان به وجودش پي برد حد اخير قرار دادي است چون بين اشعه وراء بنفش واشعه ايكس از لحاظ خواص فيزيكي حد فاصل مشخص و واضحي وجود ندارد.
طبق توصيه كنگره كپنهاك (سال 1932) اشعه UV را به سه منطقه تقسيم مي كنند.
1-وراء بنفش با طول موج بلند يا وراء بنفش A-اين اشعه بين طول موجهاي 39/0 و 315/0 مو قرار دارند. نسبت اين اشعه در نور آفتاب، قوس الكتريكي ذغال و چراغهاي الكتريكي معمولي زياد است. از نظر بيولوژيك توليد اريتم نمي كند مگر اينكه تابش شديد و طولاني باشد.
2- وراء بنفش با طول موج متوسط ياوراء بنفش B- كه بين طول موجهاي 315/0 مو و 28/0 مو واقع شده اند. اين اشعه در نور چراغ، بخار جيوه و قوس هاي الكتريكي با الكترودهاي فلزي وجود دارد. تاثير آنها در پوست شديد است و زودتر از وراء بنفش A، اريتم توليد مي كند. پس از برطرف شدن اريتم، به علت پيگمانتاسيون شديد تا مدتي پوست تيره مي ماند.
3-وراء بنفش با طول موج كوتاه و يا وراء بنفش C كه شامل طول موج هاي كوتاهتر از 28/0 مو مي باشد و فقط درقوس الكتريكي جيوه وجود دارد. خواص شيميايي آن خيلي شديد است ولي چون در طبقات سطحي پوست جذب مي شود، اريتم و تيرگي پوست در آن خفيف است. اما اثر ميكروب كشي آن (باكتريها و مخمرها و غيره) بسيار شديد مي باشد.
جذب اشعه وراء بنفش- از شيشه معمولي فقط اشعه وراء بنفش A عبورميكند در صنعت، شيشه هائي با تركيبات مخصوص مي سازند كه تا طول موج 26/0 مو يعني وراء بنفش A و B و قسمتي ازC نيز ازآنها مي گذرد.
آب خالص براي اشعه وراء بنفش شفاف ترين مايعات است وطبقات نازك آن امواج بلندتر از 2/0 مو را از خود عبور مي دهند
آلبومين ها بر حسب فرمول شيميايي خود، طول موجهاي مختلفي را عبور مي دهند و داراي نوارهاي جذبي مخصوصي هستند كه به تركيب شيميايي آنها بستگي دارد.
گازها معمولاً براي اشعه براي اشعه وراء بنفش شفاف هستند و طول موجهاي بلندتر از 18/0 مو از طبقات نازك هوا بخوبي مي گذرند.
اندازه گيري اشعه وراءبنفش
اساس اندازه گيري اشعه وراء بنفش متكي بر خواص فيزيكي و شيميايي است.
اسباب هائيكه براي اندازه گيري اشعه وراء بنفش وجود داردكه اكتي نومتر (Actinomre) ناميده مي شود و به سه دسته تقسيم مي گردد.
1-پيل ترموالكتريك
2-اكتي نومتر فيزيكي
3-اكتي نومتر شيميايي
1- پيل ترمو الكتريك – اندازه گيري انرژي اشعه مانند اندازه گيري طيف مرئي واشعه زير قرمز مي باشد بدين معني كه جسمي را كه كليه اشعه را جذب مي كند در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصل را اندازه گيري مي كنند.
در عمل اين روش در پزشكي نتايج دقيق نمي دهد زيرا اغلب مقدار اشعه وارء بنفش خيلي كم است درصورتيكه اثر بيولوژيكي آن از اشعه مرئي زير قرمز زيادتر و مهمتر است. براي اينكه شدت اشعه وراءبنفش به تنهايي اندازه گيري شود كافي است كه ابتدا شدت تمام اشعه منبع نوراني را اندازه گيري نمود و سپس به كمك صافيهاي مناسب كه كليه اشعه وراء بنفش راجذب مي نمايد، اندازه گيري را تكراركرد. تفاضل اين دو مقدار اشعه وراء بنفش را نشان مي دهد.
2-اكتي نومتر فيزيكي – مهمترين اين نوع اكتي نومترها، سلول فوتو الكتريك است كه تشكيل شده از يك حباب از جنس كوارتز كه به خوبي تخليه شده است و شامل دو الكترود مي باشد. كاتد تشكيل شده از يك رسوب فلزي نازك كه جدار داخلي حباب به غير از قسمت كوچكي را كه براي ورود نور است مي پوشاند. آند در داخل حباب بوده و از يك حلقه فلزي ساخته شده است. هر گاه بين دو الكترود اختلاف سطحي در حدود صد ولت برقرار نماييم به شرطي كه قطب منفي به رسوب فلزي متصل باشد، و سلول در تاريكي باشد جرياني نمي گذرد ولي اگر به رسوب نور بتابانيم از آن الكترود جدا شده و جرياني كه شدت آن متناسب با شدت نورتابنده است برقرار مي شود. باياد دانست كه شدت اين جريان معمولاً خيلي كم است (در حدود ميكرو آمپر) و بايد آنرا بوسيله لامپ هاي سه قطبي تقويت نمود.
براي افزايش حساسيت سلول داخل آنرا از گاز بي اثري با فشار كم پر مي كنند حساسيت سلول فوتو الكتريك بستگي به جنس فلز داخل حباب كه مورد تابش نور قرار مي گيرد، دارد.
امروزه كادميوم بيش از همه فلزات در اكتي نومترهاي بيولوژيك به كار مي رود زيرا اين فلز فقط به اشعه وارء بنفش حساس است.
3-اكتي نومتر شيميايي-املاح نقره در اثر تابش اشعه وراء بنفش احياء مي شود و چون نقره آن آزاد مي گردد املاح سياه رنگ مي شود.
اكتي نومتري فوق، اكتي نومتر بورديه (Bordier) است كه محلول فرو سيانور پتاسيم در نتيجه تابش اشعه وراء بنفش رنگ زرد مايل به آجري پيدا مي كند و شدت اين رنگ با مقدار اشعه وراء بنفش بستگي دارد. براي اين اندازه گيري نوارهاي كاغذي را به محلول 20 درصد فرو سيانور دو پتاسيم آغشته مي كنند و پس از خشك شدن در معرض تابش اشعه وراء بنفش قرار ميدهند. پس از مقايسه اين نوار كاغذي كه رنگين شده است با يك سري نمونه هائيكه قبلاً تهيه و اندازه گيري شده به مقدار تابش اشعه وراء بنفش پي مي برند.
خواص فيزيكي و شيميايي اشعه وراء بنفش
گذشته از خواص مشتركي كه هر اشعه اي دارد و پس از جذب در جسم تبديل به حرارت ميشود اشعه وراء بنفش سه خاصيت مهم ديگر نيز دارد.
1-خاصيت فوتوالكتريك
2-خاصيت فلوئورسانس
3-خاصيت فوتو شيميايي
1-خاصيت فوتو الكتريك اگر اشعه وراء بنفش به فلزات بتابد از آنها الكترون جدا مي كند ولي جدا شدن الكترون در كليه فلزات به يك اندازه نيست و حساسيت كادميوم بيش از همه است. مقدار الكتروني كه از فلز جدا مي شود متناسب با مقدار انرژي اشعه ايست كه به آن مي تابد.
2-خاصيت فلوئورسانس- اگر درمقابل اشعه وراء بنفش اجسامي از قبيل كچ و Colophane و محلول ساليسيلات دو سود و غيره قرار دهند ملاحظه مي شود كه هر يك به نسبت جذب اشعه به رنگ هاي مختلف درخشندگي پيدا مي كنند. امروزه تحقيقات زيادي درباره فلوئور سانس بافت هاي سالم و بيمار دراثر تابش اين اشعه نموده اند كه نتايج مهمي در تشخيص بعضي از بيماريهاي پوستي و حتي نسوج سرطاني داشته است. دندانهاي سالم در اثر تابش اشعه وراء بنفش (33/0 تا 38/0 مو) رنگ آبي زيبايي پيدا مي كند. در صورتيكه دندانهاي مرده بدون تغيير رنگ وتاريك باقي مي ماند همچنين جليديه سالم كه در اثر آب مرواريد استحاله نيافته باشد فلوئور سانس آبي ايجاد مي كند.
اشعه وراء بنفش به برخي اجسام خاصيت فسفر سانس داده و سبب يونيزاسيون گازها و تخليه الكتريكي خازنها مي شود.(1)
3-خاصيت فوتو شيميايي – اشعه وراء بنفش باعث فعل و انفعالات شيميايي مي شود و اين خاصيت در اشعه با موج كوتاه (3/0 مو) شديد تر است.
منابع طبيعي و مصنوعي اشعه وراء بنفش
تنها منبع طبيعي اشعه وراء بنفش خورشيد است ولي طيف نور خورشيد طول موجهاي كمتر از 2900 انگستروم ندارد زيرا قبل از رسيدن به زمين در جو صاف مي شود و اين خود وسيله اي براي حفاظت از خطرات اشعه وراء بنفش مي باشد.
همانطور كه گفته شد، مناسب ترين وسهل ترين وسيله توليد اشعه وراء بنفش استفاده از چراغهاي بخارجيوه است كه با مصرف كم انرژي الكتريكي مقدار نسبتا زيادي اشعه وراء بنفش توليدمي كند كه تا وقتي كه چراغ روشن است نورمهتابي از خود پخش مي كند كه حاوي مقداري اشعه وراء بنفش است. معمولا اين نوع چراغها را داخل نور افكن قرارمي دهند تا اشعه وراء بنفش رادرناحيه مورد درمان متمركز كنند ضمنا قوس الكتريكي بين دو قطعه ذغالي ياجرقه الكتريكي بين دو قطعه فلزي نيز مثل طيف خورشيد يك طيف پيوسته است كه شامل اشعه وراء بنفش با طول موج 2700 انگستروم مي باشد.
خواص و اثرات بيولوژيك اشعه وراء بنفش (1)
اين اشعه در بدن داراي اثرات موضعي و عمومي است. اثر عمومي اشعه در حقيقت نتيجه اثرموضعي آن در پوست است.
اثرات مرئي و موضعي اشعه وراء بنفش دربدن عبارتند از:
اريتم – اريتم يا سرخي پوست كه متعاقب تابش اشعه به بدن ايجاد مي شود بستگي به مقدار و طول موج اشعه تابنده دارد و موثرين طول موج در توليد اريتم طول موج 2967 انگستروم است. اين دسته اشعه كه از نظر بيولوژي فوق العاده موثر است و حداقل طول موج آن 2800 انگستروم مي باشد به اشعه دورنو Dorno معروف است.
شدت سرخي پوست بر حسب مقدار اشعه تابنده متفاوت است، تابش مقداركم اشعه فقط باعث سرخي پوست مي شود كه پس از يك دوره نهفته چند ساعته ظاهر مي گردد ولي تابش مقدار زياد آن سبب تاول و ورم پوست شده و اگر مقدار آن خيلي زياد باشد سوختگي شديد توليد مي كند.
علت اريتم اتسااع رگ هاي موئين درنتيجه آزاد شدن مواد مشابه هيستامين در اپيدرم است. بدين ترتيب كه تابش اشعه وراء بنفش به بدن و نفوذ آن در طبقات سطحي جلد باعث مي شود كه هيسترين موجود درسلولهاي پوست تبديل به هيستامين شود. اثر تسكيني اشعه وراء بنفش دردردهاي عصبي نيز نتيجه تاثير هيستامين است.
تيرگي پوست- متعاقب اريتم تيرگي در پوست ايجاد ميشود ولي تيرگي بوسيله اشعه اي كه طور موج آ“ بين 3000 تا 3600 انگسترم است بسيار رايج است
بنابراين طيف نور خورشيد كه از حيث اشعه دورنو فقير است و مي تواند تيرگي شديد در پوست ايجاد كند. تكرار تابش اشعه سبب كم شدن حساسيت پوست نسبت به اشعه مي گردد بطوري كه براي ايجاد تيرگي بايد به تدريج بر مقدار اشعه افزود و از خواص مهم ديگر اشعه وراء بنفش، عوارض قسمت قدامي چشم مي باشد.
موارداستعال درماني اشعه وارء بنفش
يكي از مهمترين اثرات عمومي اين اشعه در تبادلات غذايي، بهتر جذب شدن مواد پروتئين، كاهش قند خون و از همه مهمتر تاثير در تبادلات كلسيم و فسفر است.
افزايش كليسم و فسفر خون بيماران مبتلا به تتاني و راشيتيسم پس از تابش اشعه وراء بنفش دورنو نشان مي دهد كه همراه افزايش كلسيم و فسفر خون مقدار ويتامين D نيز در بدن بالا مي رود و بطوريكه ترقي كليسم و فسفر خون را بايد نتيجه توليد ويتامين D دانست.
اشعه وراء بنفش در تعداد گلبولهاي قرمز و هموگلوبين خون در دوره سلامتي تغييري نمي دهد ولي در مواقع كم خوني اثر محسوسي در بالابردن مقدار هموگلوبين و عده گلبولهاي قرمز خود دارد.
مقاومت عمومي بدن در برابر بيماريهاي عفوني پس از درمان با اشعه وراء بنفش زياد مي شود زيرا پوست در ساختن مواديكه موثر در ازدياد مقاومت هستند، سهم عمده دارند.
اشعه وراء بنفش در درمان زخمهاي دير التيام نتيجه مطلوب مي دهد و اين عمل به علت خاصيت باكتريو استاتيك و افزايش گرردش موضعي خون است.
اشعه وراء بنفش بين طول موجهاي 4/0 و 2/0 مو خاصيت ميكروب كشي واضحي دارد كه حداكثر آن براي طول موجهاي بين 25/0 و 28/0 مو مي باشد.از خاصيت ميكروب كشي اشعه وراء بنفش در پزشكي زياد استفاده مي كنند و ضد عفوني كردن هواي اطاقهاي محروم از نور آفتاب و اطاق عمل و مكانهاي سر بسته لامپ مولد اشعه را مدتي روشن مي نمايند تا اكسيژن هوا به ازن كه ضد عفوني كننده قوي است تبديل گردد. در اين موارد بيشتر از لامپي كه اشعه با طول مو 25/0 مو ايجاد مي نمايد استفاده مي شود.
حفاظت در مقابل اشعه وراء بنفش
حفاظت در مقابل اشعه وراء بنفش بسيار آسان است زيرا غالب مواد اين اشعه را به آساني جذب مي نمايند مثلا لباس هر قدرهم نازك باشد براي حفظ بدن در مقابل اشعه كافي است.
محافظت چشم قدري مشكل تر است.شيشه هاي عينك معمولي اشعه كوتاهتر از 3/0 مو را جذب نمي كند ولي امروزه شيشه هايي مي سازند كه تمام اشعه وراء بنفش و حتي قسمت كمي از بنفش را جذب مي كند. به كار بردن اين نوع عينك ها براي كليه افراديكه با اشعه وراء بنفش سرو كار دارند اجباري است و بايد كارگران جوشكاري و ذوب فلزات و همچنين پزشكان وپرستاراني كه فوترتراپي مي كنند و به طور كلي تمام افرادي كه حتي مدت كمي در معرض تابش شديد اين اشعه قرار مي گيرند در موقع كار از آن استفاده نمايند (2).
2-1) خصوصيات و ويژگي هاي پرتو IR
اين اشعه به منطقه اي از طيف امواج الكترو مغناطيسي اطلاق مي شود كه بلافاصله قبل از طيف نور مرئي قرار گرفته و داراي اثر حرارتي مي باشد.
منطقه اشعه زير قرمز بين طول موجهاي 8/0 مو كه حد اشعه مرئي است و 343 مو كه جزء امواج هرتز نيز محسوب مي شود قرار دارد.
در اشعه زير قرمز طول موج هاي كوتاهتر از 5/1 مو از پوست مي گذرند و بقيه جذب شده و توليد حرارت مي نمايند.
جذب اشعه زير قرمز
بهتر است كه اشعه زير قرمز را به دو قسمت تقسيم نمود:
1-شامل اشعه بين 8/0 مو و 4 مو است. مي توان اين اشعه را توسط انواع صافيها مجزا نمود و مورد مطالعه قرار داد.
2-شامل طول موجهاي بلند تر از 4 مو است كه بوسيله اغلب مواد جذب مي شوند بخصوص طول موجهاي بلندتر از 10 مو بوسيله هوا كاملاً جذب مي شود و تحقيق خواص بيولوژيك آن مقدور نيست.
آب نيز يكي از مواد خيلي جاذب اشعه زير قرمز است. محلول نمك طعام در حدود بيست برابر آب خالص اشعه را جذب مي كند.
منابع اشعه زير قرمز
منبع اصلي اشعه زيرقرمز، خورشيد است. مقداري از نور آفتاب داراي اشعه زير قرمز كوتاه است زيرا پرتوهاي زيرقرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده اند.
بهترين منبع مصنوعي، اجسام ملتهب است كه طول موج آنها برحسب درجه حرارت تغيير مي كند. اگربخواهيم اشعه زيرقرمز تنها داشته باشيم بايد نوراين قبيل منابع مصنوعي را بوسيله شيشه هائيكه درتركيب آنها يد و يا اكسيد دو منگنز وجود داشته باشد صاف كنيم. اين نوع صافيها طيف مرئي را جذب ميكند و فقط
اشعه زير قرمز كوتاه را عبور مي دهد. طريقه ديگر كه سهل و عملي است عبور جريان الكتريسيته ازمقاومت هاي فلزي است بطوريكه اين مقاومت ها سرخ شوند اين مقاومت ها غالبا از آلياژهاي آهن و نيكل ساخته شده اند. چراغهائي هم كه مفتول آنها از زغال ساخته شده است نيز به نسبت زياد اشعه زيرقرمز دارند. ديگر ازمنابع اشعه زير قرمز چراغ طوري است كه در آن نسبت اشعه كوتاه بين يك مو و هفت مو خيلي كم ولي نسبت اشعه زير قرمز بلند آن زياد است. همچنين چراغ بخارجيوه اشعه زيرقرمز كوتاه بين 92/0 مو 3/1 مو توليد مي كند ولي رويهم رفته نسبت اشعه زير قرمز چراغ بخار جيوه نسبت به ساير منابع كمتر مي باشد. بهمين مناسبت آنرا در فوتر تراپي براي اين منظور به كار نمي برند.
اندازه گيري اشعه زير قرمز و برخي از خواص آن
براي اندازه گيري اشعه زير قرمز از جذب انرژي حرارتي آن استفاده مي نمايند يعني اين اشعه را به جسمي مي تابانند كه بتواند كليه انرژي را جذب كند و سپس مقدار حرارتي را كه در جسم مزبور توليد گشته اندازه مي گيرند. براي اين كار ميزان الحراره حساسي تهيه مي كنند كه مخزن آن بوسيله دوده سياه شده باشد تا كليه اشعه زير قرمز را در خود جذب نمايد.
وسيله دقيق ديگر استفاده از پيل ترمو الكتريك مي باشد كه در آن انرژي حرارتي تبديل به انرژي الكتريكي مي شود و به سهولت و دقت قابل اندازه گيري است.
براي اندازه گيري درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهي به نام سوزن ترمو الكتريك استفاده مي كنند. امروزه به كمك دستگاههاي ترمو الكتريك دقيق مي توانند تا يك ميليونيم درجه سانتي گراد حرارت را اندازه گيري كنند.
خاصيت فوتر شيميك اشعه زير قرمز خيلي ضعيف است يعني معمولاً اين اشعه باعث فعل و انفعالات شيميايي نمي شود و براي ظاهر ساختن خاصيت فوتو شيميك اين اشعه غالبا به كاربردن مواد حساس كننده لازم است. خاصيت فوتو الكتريك اشعه زير قرمز نيز چندان زياد نيست و فقط در فلزاتيكه قابليت اكسيد شدن آنها زياد باشد ديده مي شود (مانند سزيوم و پتاسيم)
خاصيت فلوئورسانس نيز در اشعه زير قرمز بسيار ضعيف است.
برعكس خواص بالا، توليد حرارت مهمترين خاصيت اين اشعه مي باشد و اجسامي كه در معرض تابش آن قرار گيرند و جاذب اشعه باشند به شدت گرم مي شوند.
خواص فيزيولوژيك اشعه زير قرمز
اشعه زير قرمز سبب گرم شدن پوست و نسوج سلولي زير جلدي مي شود. و ممكن است در پوست سوختگي هاي نسبتاً شديد ايجاد نمايد.
اگر اشعه زير قرمز را به مقدار مناسب به كاربرند، در نتيجه اتساع رگ هاي زير پوست سبب تسهيل اعمال فيزيولوژيك پوست مي شود و حتي از راه رفلكس پوستي در بهبودي حال عمومي نيز مي تواند موثر واقع گردد، به علاوه اين اشعه خاصيت تسكين درد را نيز دارد كه علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل دفع سموم و تغذيه بافت هاست و بهمين علت از آن براي آرام كردن دردها هم استفاده مي كنند.
در تالمات ناشي از ورزش و حركات سنگين (پيچ خوردگيها، در رفتگيها و محدوديت حركات مفصلي) بيماريهاي گوش و حلق و بيني، بيماريهاي چشم و جراحي فك و دهان به كار مي رود.
