مبنای روش طیف بینی زیرقرمز یا IR عبور نور از نمونه و اندازه گیری شدت عبور آن در فرکانس های محدوده زیر قرمز استوار است. اما در سال های اخیر روش های IR مبتنی بر انعکاس (Reflection) نور که ترکیبی از طیف بینی IR و تئوری انعکاس نور هستند نیز بسط داده شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. شکل 1 دسته بندی انواع تکنیک های جذبی و انعکاسی مورد استفاده در طیف بینی زیرقرمز را نشان می دهد. روش های IR مبتنی بر انعکاس به طیف بینی زیرقرمز انعکاسی (Reflectance IR Spectroscopy) یا طیف بینی زیرقرمز بازتابی معروف هستند.
اساس تکنیک های انعکاسی
تکنیک های انعکاسی یا بازتابی برای نمونه هایی استفاده می شوند که روش های متداول بر اساس عبور نور برای آنها کارایی ندارد. اساس روش های انعکاسی اندازه گیری پرتو بازتابی یا منعکس شده از سطح نمونه است. مقدار بازتاب از رابطه زیر به دست می آید:
(1) R=I/I0
چگالی نوری (optical density) از رابطه زیر محاسبه می شود:
(2) (OD=log(1/R
روش های انعکاسی به دو دسته کلی تقسیم می شوند. انعکاس داخلی (internal reflection) و انعکاس خارجی (external reflection). در انعکاس داخلی بر هم کنش پرتو الکترومغناطیسی در حدواسط نمونه و محیط (medium) ، با ضریب شکست (refraction index) بالاتر، مورد مطالعه قرار می گیرد. روش های انعکاس خارجی مبتنی بر انعکاس از سطح نمونه هستند.
انعکاس خارجی به دو نوع تقسیم می شوند: بازتاب منظم (specular reflection) که برای سطوح صاف و صیقلی (smooth surfaces) مانند آینه که بی نظمی روی سطح در مقایسه با طول موج کوچک است به کار می رود، و بازتاب نفوذی (diffuse reflection) که برای سطوح خشن و زبر(rough surfaces) که نور را در همه جهات پراکنده می کنند، استفاده می شود. شکل 2 تفاوت دو روش بازتاب منظم و بازتاب نفوذی را به تصویر کشیده است. همان گونه که از تصاویر مشخص است د انعکاس منظم پرتو نوری به صورتیک بازتاب آینه ای هستند یعنی پرتوهای نوری با زاویه تابش بازتابش می کنند. اما در بازتاب نفوذی بازتابش نور به صورت نامنظم بوده و در تمام جهات اتفاق می افتد.
در عمل هرسه نوع انعکاس داخلی، انعکاس منظم و انعکاس نفوذی همزمان، با سهم های متفاوتی، می توانند اتفاق بیافتند.
مقایسه روش های طیف بینی زیرقرمز عبوری و انعکاسی
- روش های عبوری یا جذبی برای هر سه حالت جامد مایع و گاز کاربرد دارند.
- روش های عبوری یک روش عالی برای آنالیز کیفی و ابزار مناسبی جهت شناسایی و تشخیص ساختار اجزاء نمونه به خصوص گونه های آلی ست.
- آماده سازی نمونه در روش های عبوری حتما باید بر روی نمونه انجام شود و معمولا آماده سازی نمونه مشکل است.
- روش های طیف بینی زیرقرمز انعکاسی برای حدواسط های نمونه/هوا، جامد/نمونه و مایع/نمونه به کار می روند.
- روش های طیف بینی زیرقرمز انعکاسی به طور ویژه برای آنالیز مایعات، جامدات، ژل ها و پوشش های سطح به کار می روند.
- روش های انعکاسی حداقل آماده سازی نمونه را دارند. آماده سازی نمونه نسبت به روش های عبوری بسیار کمتر است.
- روش های انعکاسی اغلب برای آنالیز کمی به کار می رود، اما برای شناسایی کیفی نیز مناسب است.
انواع روش های طیف بینی زیرقرمز انعکاسی
- طیف سنجی مادون قرمز بازتاب کلی تضعیف شده (Attenuated total reflection infrared spectroscopy) یا ATR-IRS
- طیف سنجی زیر قرمزتبدیل فوریه بازتابی نفوذی (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy) یا DRIFTS
- طیف سنجی مادون قرمز جذب-بازتابش (infrared reflection-absorption spectroscopy) یا IRRAS
- مدولاسیون پولاریزه طیف سنجی جذب-انعکاسی مادون قرمز polarization modulation infrared reflection-absorption spectroscopy یا PM-IRRAS
سه روش نخست از جمله تکنیک های انعکاسی متداول آنالیزی هستند که در چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. در شکل 3 سه روش متداول در طیف بینی زیرقرمز انعکاسی را باهم مقایسه شده است.
