أخبار

الطيفية مهمة بشكل لا يصدق في الكيمياء التحليلية الحديثة. يتيح للعلماء معرفة ما هي المواد ومقدارها من خلال رؤية كيفية تفاعلها مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. من بين الأدوات الرياضية التي غيرت الطيفية تمامًا ، فإن تحول فوريه (FT) هو حجر الزاوية الحقيقي. ما إذا كان’ يستخدم في الطيف FTIR ، أو MRI ، أو طرق أخرى ، يتيح تحول فورييه تغيير البيانات الخام القائمة على الوقت إلى مخططات مفيدة قائمة على التردد. تبحث هذه المقالة في كيفية تحويل فورييه تحسين تقنيات الطيف وتظهر أيضًا كيفية استخدام شركات مثل PERSEE لهذه التكنولوجيا في معداتها.

أساسيات تحول فورييه في الطيف

للحصول فعلا على تأثيره على طرق الطيف المختلفة، تحتاج أولا إلى معرفة كيفية عمل تحول فوريه.

الأساس الرياضي لتحول فوريه

في الأساس، تحول فوريه هو أداة رياضية. إنها تحطم إشارة معقدة إلى جميع موجات الجيوب البسيطة التي تشكلها. في الطيف ، يساعد هذا على تحويل الإشارات من شكل زمني أو فضائي إلى شكل تردد. هذا الشكل الجديد يجعل المعلومات الطيفية أسهل بكثير للوصول إليها وفهمها.

كيف يحول تحول فورييه بيانات مجال الزمن إلى مجال التردد

عند القيام بالطيفية ، عادة ما تكون البيانات الأولية إشارة تتغير مع مرور الوقت أو بعد مماثل (مثل موقع المرآة في FTIR). تسمى هذه الإشارة إشارة المجال الزمني أو التداخل. هذا’ s مزيج فوضوي من جميع أجزاء التردد المختلفة، لذلك it’ من الصعب القراءة بمفردها. تحول فوريه يعالج هذه الإشارات لإنشاء طيف مجال التردد. تظهر هذه الرسوم البيانية بوضوح قمم الامتصاص التي تتطابق مع اهتزازات جزيئية محددة أو تغييرات.

مزايا تحول فوريه في التحليل الطيفي

استخدام FT في الطيف لديه بعض الفوائد الكبيرة:

أولا وقبل كل شيء، يسمح للكشف المتزامن لجميع الأطوال الموجية. هذا ما يسمى ميزة متعددة.

كما أنه يعطيك نتائج أكثر وضوحا وأكثر حساسية.

ما’ أكثر ، فإنه يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء عن طريق متوسط الإشارة.

هذه المزايا مهمة للغاية للتحليل الكيميائي الدقيق. إنها تجعل الآلات القائمة على FT ضرورية لكل من البحوث والأعمال الصناعية.

تطبيق تحول فورييه في الطيف FTIR

الطيفية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) هي استخدام شائع جداً لـ FT في الكيمياء التحليلية. وذلك لأنها فعالة ودقيقة على حد سواء.

المبادئ وراء FTIR (تحول فورييه الأشعة تحت الحمراء) الطيفية

تتحقق الطيفية FTIR من كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي تمتصه عينة في أطوال موجية مختلفة. لكنه لا’ t مسح طول موجي واحد في وقت واحد. بدلاً من ذلك ، يتعامل جهاز يسمى مقياس التداخل مع جميع الأطوال الموجية في وقت واحد. هذه العملية تخلق interferogram. هذه إشارة تعتمد على مرآة متحركة’ موقف s، و it’ في الأساس إشارة قائمة على الوقت. ثم يغير تحول فوريه هذا التداخل إلى طيف الأشعة تحت الحمراء المناسب.

مقياس التداخل و مقياس التداخل مايكلسون

جزء رئيسي من FTIR هو مقياس التداخل مايكلسون. فإنه يقسم شعاع الضوء تحت الحمراء إلى مسارين مختلفين باستخدام المرايا - واحد يبقى موضعًا وواحد يتحرك. وعندما تعود هذه الحزم معا، فإنها تخلق نمط تداخل يعتمد على الفرق في طول المسار. يحتفظ هذا النمط بجميع المعلومات الطيفية لجميع الأطوال الموجية.

فوائد استخدام تحول فوريه في FTIR

استخدام FT يجعل أداء FTIR أفضل بكثير في عدة طرق:

• تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء: يمكن لأجهزة FTIR أن تتوسط بسرعة العديد من المسحات الضوئية. هذا يزيد من الإشارة’ وضوح مع تقليل ضوضاء الخلفية. هذا أمر حيوي لإيجاد المركبات التي هي في تركيزات منخفضة.
• اكتساب البيانات السريع: تجمع أنظمة FTIR جميع الترددات في نفس الوقت ، وليس واحدة تلو الأخرى. بسبب هذا، يمكنهم الحصول على الطيف الكامل في بضع ثوان فقط.
• دقة طيفية عالية: ينتج تحليل فورييه نتائج طيفية عالية الدقة حتى مع إعدادات بصرية صغيرة. هذا أمر رائع للتمييز بين نطاقات الامتصاص التي قريبة جدا من بعضها البعض.

تحول فورييه في الطيف بالرنين المغناطيسي النووي

بينما يبحث FTIR في الاهتزازات الجزيئية ، يستخدم الطيف بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) المجالات المغناطيسية للتحقق من البيئات الذرية. هذا هو مجال آخر حيث FT مساعدة كبيرة.

نظرة عامة على الطيفية بالرنين المغناطيسي النووي (NMR)

يحلل التصوير بالرنين المغناطيسي النووي كيفية تفاعل النواة ذات الدوران (مثل الهيدروجين-1) مع نبضات التردد الراديوي داخل المجالات المغناطيسية القوية. هذه التفاعلات تعطينا أدلة حول جزيء’ الهيكل والحركات وكيفية تفاعلها مع أشياء أخرى.

جمع إشارات المجال الزمني ودور التحلل الحر (FID)

بعد أن تضربها نبضات الراديو اللاسلكي، تنبعث النواة عن تذبذبات تتلاشى. هذا يعرف باسم التحلل الحر (FID). هذا FID هو إشارة المجال الزمني، ويحتوي على معلومات التردد حول البيئات الكيميائية المختلفة داخل الجزيء.

التحويل إلى مجال التردد باستخدام تحويل فوريه

تطبيق تحويل فوريه يحول بيانات FID هذه إلى طيف مجال التردد. هذه الطيفات تعطينا التحولات الكيميائية، والتي هي علامات مميزة للبيئات الذرية المختلفة. كما أنها تعطينا ثابتات الاقتران ، والتي تخبرنا عن التفاعلات بين النواة القريبة.

تحديد التحول الكيميائي وتحديد ثابت الاقتران

تساعد التحولات الكيميائية على تحديد المجموعات الوظيفية أو ترتيبات الارتباط في الجزيئات. ومع ذلك، توفر ثابتات الاقتران معلومات هيكلية مثل زوايا الارتباط وكيفية اتصال الذرات. وهذا أمر أساسي في تحديد بنية الجزيئات العضوية.

تطبيقات أوسع لتحول فورييه في تقنيات الطيفية الأخرى

بالإضافة إلى FTIR و NMR فقط ، تستخدم قوة تحول فوريه أيضًا في عدد قليل من الأدوات الطيفية المتقدمة الأخرى.

استخدام في الطيف رامان

تدرس الطيفية رامان أوضاع الاهتزاز عن طريق النظر إلى الضوء المنتشر ، وليس الضوء الممتص مثل الأشعة تحت الحمراء.

تعزيز الحساسية والدقة مع FT-Raman: تستخدم أجهزة FT-Raman طرق قياس التداخل المماثلة لتلك الموجودة في FTIR لتعزيز حساسية Raman. هذا مفيد بشكل خاص عند العمل مع عينات الفلورسنت أو الأشياء التي تنتشر ضوء رامان ضعيفا.

تطبيق في الطيف الكتلي

يحدد طيف الكتلة المركبات باستخدام نسب الكتلة إلى الشحنة. كما يحصل على دفعة من طرق معالجة الإشارات المتقدمة مثل FT.

معالجة الإشارة والقرار القصوى عن طريق تحليل فورييه: تعتمد الأدوات مثل Orbitraps على تذبذبات الأيونات القائمة على الوقت. يتم تحويل هذه باستخدام FFT إلى طيف كتلة دقيق جدا. هذه التقنية تحسن الدقة كثيرا دون جعل أوقات المسح الضوئي أطول بشكل كبير.

استخدام في التصوير المقطعي للاتساق البصري وتقنيات التصوير الأخرى

كما تستخدم طرق التصوير مثل التصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT) تحليل فورييه. يستخدمونها لبناء صور دقيقة من بيانات التداخل. هذا يظهر مدى تنوعه ، حتى خارج الطيفية العادية.

مزايا الطيفية القائمة على تحول فورييه على الطرق التقليدية

طرق التشتت القديمة تمسح طول موجي واحد في كل مرة. على النقيض من ذلك ، تقدم الأساليب القائمة على FT فوائد مدهشة.

• الكشف المتزامن عن أطوال موجة متعددة: تتيح ميزة متعددة هذه الأنظمة التقاط جميع البيانات الطيفية في وقت واحد. هذا يقلل بشكل كبير من أوقات المسح ويحسن موثوقية النتائج من عينة إلى أخرى.
• زيادة الإنتاجية والكفاءة: يمكن للأنظمة القائمة على FT القياس بسرعة كبيرة دون التضحية بالدقة. وهذا يجعلها مثالية للمختبرات المزدحمة التي تحتاج إلى نتائج سريعة مع القليل من العمل العملي.
• تحسين الدقة والقدرة على التكرار: الأدوات القائمة على FT لديها أجزاء متحركة أقل من أنظمة المسح الضوئي وأفضل في تصفية الضوضاء. ونتيجة لذلك، فهي توفر نتائج متسقة مرارا وتكرارا. وهذا أمر مهم للغاية للوفاء باللوائح ومراقبة الجودة.

PERSEE: شركة تصنيع أدوات تحليلية

لمختبرات تبحث عن معدات طيفية موثوقة، برسي هو الشركة المصنعة التي توفر الأدوات التي تم بناؤها بتكنولوجيا تحويل فورييه.

خلفية الشركة والوجود العالمي

تمتلك بيرسي أكثر من ثلاثة عقود من الخبرة وتخدم العملاء في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك في آسيا والمحيط الهادئ وأوروبا وأفريقيا وأمريكا الجنوبية وأمريكا الشمالية والشرق الأوسط. الشركة معروفة عالمياً بمنتجاتها المبتكرة والعالية الجودة التي مصنوع لتناسب احتياجات العملاء.

خطوط المنتجات الرئيسية بما في ذلك سلسلة FTIR8000 و FTIR8100

منتجاتها الرئيسية - ال سلسلة FTIR8000 والأحدث سلسلة FTIR8100- هي حلول طيفية الأشعة تحت الحمراء عالية الأداء. تأتي مع مقاييس التداخل المتقدمة والبرمجيات المصممة لكل من المشاريع البحثية والتحليل اليومي.

الالتزام بالابتكار والجودة ودعم العملاء

بيرسي مكرسة للتصنيع الممتاز. بالإضافة إلى ذلك، تواصل الشركة أيضا الاستثمار في البحث والتطوير. هذا يضمن أن ميزات الجيل القادم، مثل التشخيص المدعوم بالذكاء الاصطناعي وتدفقات العمل المتصلة بالسحابة، ستصبح قياسية في منتجاتها.

ملخص وملاحظات رئيسية

تحول فوريه هو الآن أداة لا بد منها في العديد من مجالات الكيمياء التحليلية. هذا’ تستخدم من الدراسات الاهتزازية باستخدام الطيف FTIR إلى تحديد الهياكل باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي النووي ، وحتى أنها تمتد إلى تقنيات التصوير مثل OCT. قادرتها على تحويل الإشارات المعقدة بكفاءة تؤدي إلى جمع بيانات أسرع بدقة أفضل من الطرق القديمة. تستخدم شركات مثل PERSEE هذه القوة من خلال بنائها في منصات أدوات مرنة. هذه مصنوعة لكل من الاختبارات الدقيقة في الميدان والبحوث الأكاديمية على أعلى المستوى.

الأسئلة الشائعة:

Q1: لماذا FTIR أفضل من الأشعة تحت الحمراء المنتشرة التقليدية؟

ج: مقارنة بالأشعة تحت الحمراء التقليدية ، والتي تمسح كل طول موجي بشكل فردي باستخدام أحادي اللون أو الشبكات ، يلتقط FTIR جميع الأطوال الموجية في وقت واحد باستخدام مقياس التداخل. ينتج مسح أسرع للغاية، ونسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل بسبب ميزة متعددة، ودقة أعلى. لذلك, it’ s كبيرة حتى لتحليل كميات صغيرة من عينة أو ممتصات ضعيفة.

Q2: هل يمكن تطبيق تحويل فورييه خارج الطيف تحت الحمراء؟
ج: نعم! هذا’ يعد تحويل فورييه جزءًا رئيسيًا من أنظمة FTIR ، ولكن تحويل فورييه يلعب أيضًا دورًا كبيرًا في الطيف بالرنين المغناطيسي النووي (لتحليل إشارات FID) وطيف رامان (في إعدادات FT-Raman). أنت’ سوف تجدها أيضا في الطيف الكتلي (مثل Orbitraps) وفي التصوير المقطعي للتماسك البصري. على نطاق أوسع ، it’ يستخدم في أي مكان تغير الإشارات بين الوقت والتردد مما يسهل قراءة البيانات أو يحسن الدقة في الأدوات العلمية.
Q3: هل أدوات FTIR من PERSEE مناسبة للتطبيقات الصناعية؟

ج: بالتأكيد. تم تصميم سلسلة FTIR8000/8100 من PERSEE ليس فقط لمختبرات الجامعات ولكن أيضًا للأماكن الصناعية التي تحتاج إلى أداء قوي في ظروف صعبة. برامجهم سهلة الاستخدام وتدعم سير العمل للامتثال التنظيمي. في نفس الوقت ، تضمن الأجهزة المتينة استقرار الأدوات على المدى الطويل ، حتى أثناء الاستخدام المستمر الشائع في مختبرات مراقبة الجودة الصيدلانية أو مصانع البتروكيماويات.