التحليل الطيفي ATR-FTIR

الانعكاس الكلي الموهن (ATR) هو منهجية أخذ العينات التي تمكن من الفحص المباشر للعينات الصلبة أو السائلة دون مزيد من التحضير. يستخدم الانعكاس الداخلي الكلي لتوليد موجة زائلة تخترق العينة ، مما يوفر معلومات جزيئية قيمة.

غالبا ما يستخدم ATR مع التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) (التحليل الطيفي ATR-FTIR) لأنه يتيح تحليل عينات المواد الصلبة والسائلة بدقة - مما يبسط قياس جميع المواد تقريبا.

على عكس الإرسال (طريقة أخذ العينات الأخرى المستخدمة على نطاق واسع) ، يكون طول مسار القياس مستقلا عن سمك العينة. ATR هي طريقة داخلية قائمة على الانعكاس ، ويعتمد طول مسار العينة على عمق تغلغل طاقة الأشعة تحت الحمراء في العينة. يمكن أن يكون سمك العينة الصلبة 100 ميكرون أو 100 مم وسيبدو طيف الأشعة تحت الحمراء المسجل متشابها بشكل أساسي. إذا كانت عينة السائل أو الملاط على اتصال بسطح ATR ، يتم تسجيل طيف الأشعة تحت الحمراء للجزء السائل. هذه الظاهرة الأخيرة هي التي تجعل الانعكاس الكلي الموهن قويا جدا لمراقبة التفاعل الكيميائي.

يستخدم التحليل الطيفي ATR-FTIR لمهام مثل تحديد المركبات الكيميائية ، ودراسة الهياكل الجزيئية ، وفحص خصائص السطح ، وتحليل البوليمرات ، والتحقيق في الجزيئات الحيوية ، ومراقبة التفاعلات الكيميائية ، وتقييم تكوين المواد في صناعات مثل المستحضرات الصيدلانية وعلوم المواد والطب الشرعي والتحليل البيئي.

نظرا لأن ATR-FTIR يمكنه قياس الأطياف دون الحاجة إلى أي مستحضرات أو تخفيف للعينات ، فقد وجد التحليل الطيفي ATR قابلية التطبيق في تحليل المواد الصلبة والسائلة. كان أحد أقدم استخدامات ATR هو الحصول على أطياف الأشعة تحت الحمراء لعينات البوليمر والأفلام. منذ ما يقرب من 25 عاما ، تم اختراع DiComp Diamond ATR ، مما وسع استخدام ATR ليشمل العديد من التطبيقات الجديدة بما في ذلك مراقبة التفاعل الكيميائي.

إذا كانت لديك أسئلة أو كنت بحاجة إلى مساعدة بشأن تطبيق ATR-FTIR الخاص بك ، فإن فريقنا من مستشاري التطبيقات الفنية على استعداد لإرشادك في الاتجاه الصحيح!

في ATR-FTIR ، يتم تمرير الطاقة الضوئية عبر مادة بصرية (أي مستشعر ATR) لها خاصيتان رئيسيتان:

1. يجب أن تكون شفافة بصريا لتردد الطاقة بحيث تمتص مادة المستشعر القليل من الإشعاع أو لا تمتص أي إشعاع على الإطلاق.
   
2. تحتوي مادة مستشعر ATR على مؤشر انكسار أعلى من معامل الوسائط المحيطة ، لذا فإن ATR يعمل كدليل موجي ، يعكس داخليا طاقة الضوء.

من خلال اختيار مواد بصرية محددة والتحكم في تصنيع المستشعر ، يمكن ضبط عدد الانعكاسات أو العقد في مستشعر ATR بدقة. يتم تحديد طول المسار الفعال للمستشعر بضرب عدد الانعكاسات الداخلية في عمق اختراق الموجة الزائلة. في كل عقدة ، تنبعث موجة ثابتة من الطاقة من السطح ، مما يساهم في ظاهرة ATR الإجمالية.

هذه الطاقة زائلة لأنها تتضاءل في شدتها كدالة للمسافة من سطح المستشعر. وبالتالي يتم استجواب أي مادة على اتصال مباشر بالمستشعر بواسطة الطاقة.

يعتمد عمق الاختراق أيضا على الطول الموجي المحدد للطاقة ، لذلك عند مسح عينة بإشعاع معدل للحصول على طيف ، سيكون موضع القمم مشابها لموضع طيف الإرسال / الامتصاص ، ومع ذلك ، فإن شدة النطاقات الفردية ستختلف عن طيف الإرسال / الامتصاص.

شاهد عرضا توضيحيا إلكترونيا مباشرا من عملك أو مكتبك المنزلي وفقا لجدولك الزمني.

التحليل الطيفي ATR-FTIR: مثالي للمواد الأنيقة أو الكثيفة بصريا
يستخدم الانعكاس الكلي الموهن (ATR) مادة مستشعر بصري لها مؤشر انكسار مرتفع بما فيه الكفاية لتمكين الانعكاس الداخلي داخل المستشعر. اعتمادا على المادة البصرية المختارة وكيفية تصنيع المستشعر ، يمكن التحكم بعناية في عدد الانعكاسات أو العقد ويتم تحقيق أطوال مسارات فعالة تتطابق بشكل جيد مع العينات الكثيفة بصريا. يتم استجواب أي مادة على اتصال مباشر بالمستشعر بواسطة الطاقة. تعتمد شدة طيف FTIR بشكل أساسي على عدد الانعكاسات ، وعمق تغلغل الموجة الزائلة في العينة ، وعدد الجزيئات ذات الأهمية في العينة ، وقابلية الامتصاص الخاصة بها.

على عكس تقنية الإرسال حيث يجب أن يعبر الضوء العينة ، في ATR-FTIR ، فإن سمك العينة غير ذي صلة. يمكن أن يصل سمك العينة السائلة أو الصلبة إلى 10 ميكرون أو 10 سم ، وفي كلتا الحالتين ، يمكن الحصول على طيف FTIR مفيد. هذا يجعل ATR مثاليا لدراسة مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية نظرا لعدم الحاجة إلى تحضير العينة أو تخفيفها للحصول على أطياف مفيدة. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر مستشعرات ATR مقاومة للتآكل ويمكنها تحمل ظروف التفاعل القاسية المرتبطة بالعديد من الكيمياء.

في المقابل: يتطلب التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء للإرسال عادة تحضير عينة للحصول على طيف مفيد
للحصول على طيف نقل للسائل ، يتم وضع العينة في خلية بها نوافذ شفافة بالأشعة تحت الحمراء ويجب أن تتقاطع الطاقة مع العينة. ترتبط شدة الطيف بطول مسار الخلية والمحلول الذي يتم تحليله. إذا كان طول مسار العينة طويلا جدا و / أو كانت العينة تحتوي على جزيئات مذيبة أو مذائبة شديدة الامتصاص للأشعة تحت الحمراء أو تشتت بدرجة عالية ، فلن تصل الطاقة القليلة أو المعدومة إلى كاشف الأشعة تحت الحمراء. هذا يجعل تحليل معظم التفاعلات الكيميائية صعبا أو مستحيلا في وضع الإرسال. في الحالات التي يكون فيها طول المسير الصحيح مطابقا للمادة المراد تحليلها ، يتم الحصول على طيف الإرسال. نظرا لأنه يمكن بناء خلايا بطول المسار الطويل ، يمكن أن يكون التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء للإرسال مفيدا في تحديد وتتبع الأنواع العضوية المعدنية منخفضة التركيز في تفاعلات التحفيز المتجانسة. للحصول على طيف الأشعة تحت الحمراء لمعظم المواد الصلبة ، من الضروري تخفيف العينة إما عن طريق التفكير في زيت النوجول ، أو الضغط على حبيبات بروميد البوتاسيوم ، أو تحضير شريحة رقيقة جدا من المادة. 

يوفر ATR-FTIR في الموقع العديد من المزايا مقارنة بالطرق التحليلية البديلة ، بما في ذلك تقنيات التحليل الطيفي الجزيئي الأخرى. يعمل الباحثون والعلماء على تحسين التطور الكيميائي من خلال الاستفادة من هذه المزايا ، بما في ذلك:

• تنتج منطقة الطاقة في منتصف الأشعة تحت الحمراء أطياف "بصمات الأصابع" مفصلة للمواد الأولية والوسائط والمنتجات والمنتجات الثانوية مما يسمح بالتتبع المستمر لهذه الأنواع الرئيسية كدالة للوقت
• القياس في الوقت الفعلي، يتم إجراؤه كل دقيقة أو أقل
• في الموقع ، لا يلزم أخذ عينات استخراجية. قياس الكيمياء دون إزعاج التفاعل
• غير مدمرة. الحفاظ على سلامة التفاعل الكيميائي
• يقيس التفاعلات في عملية التدفق المجمعة أو شبه الدفعية أو المستمرة
• يقيس التفاعلات التي تعمل تحت الضغط أو عند درجة حرارة مرتفعة أو منخفضة
• يقيس التفاعلات في الوسط المائي أو غير المائي وعلى نطاق واسع من الأس الهيدروجيني
• عادة لا يتأثر مستشعر ATR المغمور بالكواشف المسببة للتآكل
• يمكن مراقبة التفاعلات مع الظروف المسببة للتآكل أو السامة أو الخطرة دون أخذ عينات
• تدابير مرحلة الحل; الفقاعات أو الجسيمات الصلبة لا تتداخل
• يمكن تحويل البيانات الطيفية إلى بيانات تركيز في الوقت الفعلي ، مما يتيح تطوير المعلمات الحركية الرئيسية وتحديد نقطة النهاية بدقة
• طريقة PAT مثبتة جيدا ، يدعم التحليل الطيفي FTIR في الموقع جهود الجودة حسب التصميم (QbD) ويضمن تحديد CPPs ومراقبتها
• يوفر وسيلة أساسية للحصول على بيانات حركية مهمة وأدلة واقعية تدعم الآليات المقترحة
• يساعد FTIR في الموقع على تحديد وتتبع المواد الوسيطة العابرة التي قد تؤثر على إنتاجية المنتج وجودته وهو مفتاح الفهم الميكانيكي
• يتم اتباع اتجاهات التفاعل في الوقت الفعلي ، مما يسمح بمراقبة أحداث التفاعل الرئيسية مثل البدء والحالة المستقرة ونقطة النهاية والتحلل

تعد منهجية ATR مكملا مثاليا للتحليل الطيفي FTIR للتحليل في الموقع وفي الوقت الفعلي ومراقبة التفاعلات الكيميائية. عادة ما تكون مخاليط التفاعل كثيفة بصريا إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. يسمح العمق المقيد لاختراق طاقة الأشعة تحت الحمراء في محلول التفاعل الملامس لمستشعر ATR بتسجيل أطياف FTIR عالية الجودة.

يتيح مستشعر ATR المصنوع من مادة مناسبة ، والذي يتم تركيبه في نهاية مسبار أنبوبي أو كجزء من خلية التدفق ، تحليل التفاعلات سواء في وضع التدفق الدفعي أو المستمر ، على التوالي. يجب أن تحتوي مستشعرات ATR المناسبة لتحليل التفاعلات الكيميائية على مؤشر الانكسار المطلوب لتمكين الانعكاس الداخلي ولكن يجب أن تعمل أيضا في البيئات الكيميائية القاسية دون أن تتحلل. يعتبر كل من الماس والسيليكون من مواد الاستشعار الممتازة لتحليل ATR-FTIR للكيمياء ويعتمد اختيار استخدامها على نوع الكيمياء ومواضع ذروة الأشعة تحت الحمراء التي يجب تتبعها.

عند استخدام التحليل الطيفي ATR-FTIR ، يتم تحقيق الفوائد التالية:

• تتم مراقبة التفاعلات في الوقت الفعلي ، في الموقع في ظل ظروف التفاعل الفعلية
• يتم الحصول على معلومات حول اتجاهات التفاعل والتقدم والحركية بسهولة
• لوحظ أن وسيطات التفاعل العابر الرئيسية تساعد في دراسات الآلية
• يتم تقليل التعرض للمواد الكيميائية السامة أو التفاعلات النشطة الخطرة
• يتم تعزيز فهم العلاقة بين متغيرات التفاعل وأداء التفاعل العام بشكل كبير

نظرا لسرعة اكتساب الأطياف بواسطة FTIR وتطوير جيل جديد من مستشعرات ATR المقاومة للمواد الكيميائية ، فإن استخدام هذه التكنولوجيا المدمجة يحدث ثورة في وسائل الحصول على الحركية الكيميائية والمعلومات الميكانيكية.

يعد ReactIR 702L أول مطياف FTIR يدمج حقا قوة FTIR في الوقت الفعلي في الموقع مع راحة تشغيلية مكافئة. ReactIR جاهز لكل كيميائي ولكل تجربة.

ReactIR جاهز للتشغيل بين عشية وضحاها!
استمتع بمراقبة كيميائية سلسة وفعالة من خلال المهام الآلية.

ReactIR جاهز للاستيلاء عليه والانطلاق!
قم بزيادة مساحة المختبر الخاصة بك إلى أقصى حد باستخدام وحدات ReactIR المدمجة والقابلة للتكديس ، مما يوفر عقارات غطاء الدخان القيمة. 

ReactIR جاهز للكيمياء الخاصة بك!
تقنيات أخذ العينات القائمة على المسبار والتدفق ، مما يسمح للعلماء بالتحقيق في كيمياء الطور السائل والغازي في إعدادات مجمعة أو مستمرة. 

تشمل مجالات تطبيق التحليل الطيفي للانعكاس الكلي الموهن (ATR) ما يلي:

1. نجوين ، ت. ، شمس أبادي ، أ. أ. ، بافاريان ، م. (2023). اقتران التحليل الطيفي ATR-FTIR مع تحليل متعدد المتغيرات لتصنيع البوليمرات والتحكم في الوزن الجزيئي للبوليمرات. الهندسة الكيميائية الرقمية ، 7 ، 100089. https://doi.org/10.1016/j.dche.2023.100089
2. سيمون ، إي ، بيفريدج ، جي ، سيلرز ، ب. ، ويب ، جيه ، جورج ، إن ، هون ، ج. (2022). تحليل ذوبان وبلورة المخاليط الثلاثية غير القابلة للامتزاج جزئيا باستخدام مصفوفة مستشعرات مركبة من ATR-FTIR في الموقع ، والتشتت الخلفي بالليزر ، والتصوير. أبحاث الكيمياء الصناعية والهندسية ، 61 (50) ، 18514-18529. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03494
3. لي ، ز. ، وتشانغ ، ب. (2022). التحقيق في التحول متعدد الأشكال للجلايسين عن طريق التحليل الطيفي في الموقع ATR-FTIR و FT-Raman. بلورات ، 12 (8) ، 1141. https://doi.org/10.3390/cryst12081141
4. لومونت ، جي بي ، رالبوفسكي ، إن إم ، جوزا ، سي ، ساها شاه ، أ. ، بورزينسكي ، جيه ، كونيتزكو ، جيه ، وانغ ، إس ، ماكهيو ، بي سي ، مانجيون ، آي ، وسميث ، جيه إيه (2022 ب). مراقبة عملية إزالة اليقيلة للسكاريد من أجل تطوير الاقتران الحيوي للقاح باستخدام منهجية تحليلية في الموقع. مجلة التحليل الصيدلاني والطبي الحيوي ، 209 ، 114533. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2021.114533
5. زاباتا ، ف. ، لوبيز فرنانديز ، أ. ، أورتيجا أوخيدا ، ف. ، كوينتانيلا ، جي ، غارسيا رويز ، سي ، ومونتالفو ، ج. (2021). تقديم التحليل الطيفي ATR-FTIR من خلال تحليل أدوية الأسيتامينوفين: دروس عملية للتعلم متعدد التخصصات والتدريجي للطلاب الجامعيين. مجلة التربية الكيميائية ، 98 (8) ، 2675-2686. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01231
6. وانغ ، ز. ، جيراردي ، ر. ، غورون ، جي ، دامبلون ، سي ، ومونباليو ، ج. (2019). تحضير عضوي خال من المذيبات للكربونات العضوية الدورية في ظل ظروف التدفق المستمر القابلة للتطوير. كيمياء وهندسة التفاعل ، 4 (1) ، 17-26. https://doi.org/10.1039/c8re00209f
7. دن ، إيه إل ، ليتش ، دي سي ، جورنت ، إم ، مارتن ، إم سي ، تابت ، إي ، كيرتس ، إن إف ، ويليامز ، جي دي ، جوس ، سي دبليو ، شو ، تي ، أوهير ، ب. ، وايد ، سي إي ، توكزكو ، إم إيه ، وليو ، ب. (2019). التدفق الانتقائي المستمر لليود مسترشد بالملاحظة الطيفية المباشرة لتوازن أريل ليثيوم ريجيوميزر. المعادن العضوية, 38(1), 129–137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538
8. كلاج ، ك. ، هولد ، إس ، كومار ، أ. ، كونيغ ، إس جي ، وأنجيلود ، ر. (2019). استراتيجية اقتران تلسكوبية Knochel-Hauser / Kumada-Corriu للدورات العطرية غير المتجانسة الوظيفية. رسائل رباعية السطوح ، 60 (1) ، 5-7. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2018.11.014
9. فولسوم ، تي إم ، ودارينسبورغ ، دي جيه (2019). دراسات حركية للتفكك الحراري لروابط أول أكسيد الكربون من مشتقات المنغنيز الثلاثي والرباعي الكربونيل التي تحتوي على ترابط ثنائي بيبيريديل ميثان الضخم ، CH2Pip2. Inorganica Chimica أكتا ، 484, 443–449. https://doi.org/10.1016/j.ica.2018.09.004
10. هامرباك ، إل إيه ، روبنسون ، إيه ، لينام ، جي إم ، وفيرلامب ، آي جي إس (2019). نظرة ميكانيكية لتنشيط رابطة C-H المحايدة للأكسدة والاختزال التحفيزية التي تتضمن الكربونيل المنغنيز (I): تكشف مسارات تنشيط المحفز والدوران وإلغاء التنشيط عن شبكة معقدة من الخطوات. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 141 (6) ، 2316-2328. https://doi.org/10.1021/jacs.8b09095
11. ماكميلان ، أ. ، ستيفن ، أ. ، أشوورث ، آي دبليو ، مولين ، إيه بي ، تشان ، إل دبليو ، إسبينوزا ، إم بي ، بيلينغ ، إم جيه ، رو ، إس إيه ، وجونز ، م. (2019). الأثير التجسيمي للكحول α-Aryl-β-amino باستخدام فتحة حلقة أزيريدينيوم انتقائية لتخليق AZD7594. مجلة الكيمياء العضوية ، 84 (8) ، 4629-4638. https://doi.org/10.1021/acs.joc.8b01062
12. Sagmeister ، P. ، Williams ، JD ، Hone ، C. A. ، & Kappe ، C.O. (2019). مختبر المستقبل: منصة تدفق معيارية مع أدوات PAT متكاملة متعددة للتفاعلات متعددة الخطوات. كيمياء وهندسة التفاعل ، 4 (9) ، 1571-1578. https://doi.org/10.1039/c9re00087a
13. راو ، ك. س. ، سانت جان ، ف. ، وكومار ، أ. (2019). التقدير الكمي لإينولاسیون الكيتون وتشكيل الأيزومر الفراغي من كبريتات الفينيل باستخدام التحليل الطيفي والنمذجة بالأشعة تحت الحمراء المضمنة. البحث والتطوير في العمليات العضوية ، 23 (5) ، 945-951. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00042
14. Dreimann ، J. M. ، Kohls ، E. ، Warmeling ، H. ، Stein ، M. ، Guo ، L. ، Garland ، M. ، Dinh ، T. ، & Vorholt ، A. J. (2019). التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء في الموقع كأداة لمراقبة المحفز الجزيئي للتشكيل المائي في العمليات المستمرة. تحفيز ACS ، 9 (5) ، 4308-4319. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b05066
15. فيوليت ، إل ، ميفلور ، أ. ، فانوي ، إل ، نجوين ، دي كي ، فافر ريغيلون ، أ. ، فيليب ، آر ، جوفين ، آر إم ، فونجارلاند ، ب. (2019). المراقبة عبر الإنترنت عن طريق التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء باستخدام تحليل متعدد المتغيرات - نظرية الخلفية والتطبيق على اقتران الهيدروجين التحفيزي للبوتانول ببوتيل الزبد. كيمياء وهندسة التفاعل ، 4 (5) ، 909-918. https://doi.org/10.1039/c8re00238j
16. هيرمان ، سي ، هوت ، ب. ، هالوين ، ف. ، فيرميلين ، ف. ، وليسنس ، ت. (2012). استخدام رامان في الموقع, FBRM® وتحقيقات ATR-FTIR لفهم التحول متعدد الأشكال بوساطة المذيبات من II-I Etiracetam في الميثانول. نمو وتصميم الكريستال ، 16, 49–56. https://difusion.ulb.ac.be/vufind/Record/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/69679/Details
17. ماكوش ، إم ، كارتوش ، سي ، سا ، ج. ، دوارتي ، آر إم ، فان بوخوفن ، جيه إيه ، كفاشنينا ، ك. أو ، جلاتزل ، ب. ، فرنانديز ، دي جيه ، ناشتيجال ، إم ، كليمينوف ، إي ، سلاتشيتكو ، ج. ، نيوهولد ، ب ، & هنجربولر ، ك. (2012). خلية مفاعل دفعة HERFD XAS / ATR-FTIR. الكيمياء الفيزيائية الفيزياء الفيزيائية الفيزيائية ، 14 (7) ، 2164-2170. https://doi.org/10.1039/c1cp21933b
18. صالحبور ، س. ، ودوبي ، م. أ. (2011). مراقبة تفاعل بلمرة النمو التدريجي للجلسرين باستخدام التحليل الطيفي ATR-FTIR. هندسة التفاعل الجزيئي الكبير ، 6 (2-3) ، 85-92. https://doi.org/10.1002/mren.201100071
19. و ، ب. أو ، وجلينون ، ب. (2005). تطبيق FBRM و ATR-FTIR في الموقع لمراقبة التحول متعدد الأشكال ل d-Mannitol. البحث والتطوير في العمليات العضوية ، 9 (6) ، 884-889. https://doi.org/10.1021/op0500887
20. ليوتا ، ف. ، وسابيسان ، ف. (2004). المراقبة والتحكم في التغذية الراجعة للتشبع الفائق باستخدام ATR-FTIR لإنتاج مكون صيدلاني نشط بحجم البلورة المطلوب. البحث والتطوير في العمليات العضوية ، 8 (3) ، 488-494. https://doi.org/10.1021/op049959n