بررسی طیف نگاری UV FTIR IR

طیف نگاری UV, FTIR, IR
موضوعات مورد بررسی در این سمینار، خصوصیات پرتوهای IR,UV و وسایل طیف نگاری است و همچنین کاربرد این پرتوها به عنوان آنالیز سطوح بر روی مواد می باشد.
فصل ۱
۱-۱) خصوصیات و ویژگی های پرتو UV (وراء بنفش)
اشعه واراء بنفش بدسته ای از امواج الکترو مغناطیس اطلاق می شود که پس از طیف مرئی قرار گرفته و طول موج آن بین A3900-1800 ( و یا ۳۹/۰ مو و  0144/0 مو) می باشد. این اشعه قابل رویت نیست ولی از روی خاصیت شیمیایی آن می توان به وجودش پی برد حد اخیر قرار دادی است چون بین اشعه وراء بنفش واشعه ایکس از لحاظ خواص فیزیکی حد فاصل مشخص و واضحی وجود ندارد.
طبق توصیه کنگره کپنهاک (سال ۱۹۳۲) اشعه UV را به سه منطقه تقسیم می کنند.
۱-وراء بنفش با طول موج بلند یا وراء بنفش A-این اشعه بین طول موجهای ۳۹/۰ و ۳۱۵/۰ مو قرار دارند. نسبت این اشعه در نور آفتاب، قوس الکتریکی ذغال و چراغهای الکتریکی معمولی زیاد است. از نظر بیولوژیک تولید اریتم نمی کند مگر اینکه تابش شدید و طولانی باشد.
۲- وراء بنفش با طول موج متوسط یاوراء بنفش B- که بین طول موجهای ۳۱۵/۰ مو و ۲۸/۰ مو واقع شده اند. این اشعه در نور چراغ، بخار جیوه و قوس های الکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد. تاثیر آنها در پوست شدید است و زودتر از وراء بنفش A، اریتم تولید می کند. پس از برطرف شدن اریتم، به علت پیگمانتاسیون شدید تا مدتی پوست تیره می ماند.
۳-وراء بنفش با طول موج کوتاه و یا وراء بنفش C که شامل طول موج های کوتاهتر از ۲۸/۰ مو می باشد و فقط درقوس الکتریکی جیوه وجود دارد. خواص شیمیایی آن خیلی شدید است ولی چون در طبقات سطحی پوست جذب می شود، اریتم و تیرگی پوست در آن خفیف است. اما اثر میکروب کشی آن (باکتریها و مخمرها و غیره) بسیار شدید می باشد.
جذب اشعه وراء بنفش- از شیشه معمولی فقط اشعه وراء بنفش A عبورمیکند در صنعت، شیشه هائی با ترکیبات مخصوص می سازند که تا طول موج ۲۶/۰ مو یعنی وراء بنفش A و B و قسمتی ازC نیز ازآنها می گذرد.
آب خالص برای اشعه وراء بنفش شفاف ترین مایعات است وطبقات نازک آن امواج بلندتر از ۲/۰ مو را از خود عبور می دهند
آلبومین ها بر حسب فرمول شیمیایی خود، طول موج‏های مختلفی را عبور می دهند و دارای نوارهای جذبی مخصوصی هستند که به ترکیب شیمیایی آنها بستگی دارد.
گازها معمولاً برای اشعه برای اشعه وراء بنفش شفاف هستند و طول موجهای بلندتر از ۱۸/۰ مو از طبقات نازک هوا بخوبی می گذرند.
اندازه گیری اشعه وراءبنفش
اساس اندازه گیری اشعه وراء بنفش متکی بر خواص فیزیکی و شیمیایی است.
اسباب هائیکه برای اندازه گیری اشعه وراء بنفش وجود داردکه اکتی نومتر (Actinomre) نامیده می شود و به سه دسته تقسیم می گردد.
۱-پیل ترموالکتریک
۲-اکتی نومتر فیزیکی
۳-اکتی نومتر شیمیایی
۱-    پیل ترمو الکتریک – اندازه گیری انرژی اشعه مانند اندازه گیری طیف مرئی واشعه زیر قرمز می باشد بدین معنی که جسمی را که کلیه اشعه را جذب می کند در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصل را اندازه گیری می کنند.
در عمل این روش در پزشکی نتایج دقیق نمی دهد زیرا اغلب مقدار اشعه وارء بنفش  خیلی کم است درصورتیکه اثر بیولوژیکی آن از اشعه مرئی زیر قرمز زیادتر و مهمتر است. برای اینکه شدت اشعه وراءبنفش به تنهایی اندازه گیری شود کافی است که ابتدا شدت تمام اشعه منبع نورانی را اندازه گیری نمود و سپس به کمک صافیهای مناسب که کلیه اشعه وراء بنفش راجذب می نماید، اندازه گیری را تکرارکرد. تفاضل این دو مقدار اشعه وراء بنفش را نشان می دهد.
۲-اکتی نومتر فیزیکی – مهمترین این نوع اکتی نومترها، سلول فوتو الکتریک است که تشکیل شده از یک حباب از جنس کوارتز که به خوبی تخلیه شده است و شامل دو الکترود می باشد. کاتد تشکیل شده از یک رسوب فلزی نازک که جدار داخلی حباب به غیر از قسمت کوچکی را که برای ورود نور است می پوشاند. آند در داخل حباب بوده و از یک  حلقه فلزی ساخته شده است. هر گاه بین دو الکترود اختلاف سطحی در حدود صد ولت برقرار نماییم به شرطی که قطب منفی به رسوب فلزی متصل باشد، و سلول در تاریکی باشد جریانی نمی گذرد ولی اگر به رسوب نور بتابانیم از آن الکترود جدا شده و جریانی که شدت آن متناسب با شدت نورتابنده است برقرار می شود. بایاد دانست که شدت این جریان معمولاً خیلی کم است (در حدود میکرو آمپر) و باید آنرا بوسیله لامپ های سه قطبی تقویت نمود.
برای افزایش حساسیت سلول داخل آنرا از گاز بی اثری با فشار کم پر می کنند حساسیت سلول فوتو الکتریک بستگی به جنس فلز داخل حباب که مورد تابش نور قرار می گیرد، دارد.
امروزه کادمیوم بیش از همه فلزات در اکتی نومترهای بیولوژیک به کار می رود  زیرا این فلز فقط به اشعه وارء بنفش حساس است.
۳-اکتی نومتر شیمیایی-املاح نقره در اثر تابش اشعه وراء بنفش احیاء می شود و چون نقره آن آزاد می گردد املاح سیاه رنگ می شود.
اکتی نومتری فوق، اکتی نومتر بوردیه (Bordier) است که محلول فرو سیانور پتاسیم در نتیجه تابش اشعه وراء بنفش رنگ زرد مایل به آجری پیدا می کند و شدت این رنگ با مقدار اشعه وراء بنفش بستگی دارد. برای این اندازه گیری نوارهای کاغذی را به محلول ۲۰ درصد فرو سیانور دو پتاسیم آغشته می کنند و پس از خشک شدن در معرض تابش اشعه  وراء بنفش قرار میدهند. پس از مقایسه این نوار کاغذی که رنگین شده است با یک سری نمونه هائیکه قبلاً تهیه و اندازه گیری شده به مقدار تابش اشعه وراء بنفش پی می برند.
خواص فیزیکی و شیمیایی اشعه وراء بنفش
گذشته از خواص مشترکی که هر اشعه ای دارد و پس از جذب در جسم تبدیل به حرارت میشود اشعه وراء بنفش سه خاصیت مهم دیگر نیز دارد.
۱-خاصیت فوتوالکتریک
۲-خاصیت فلوئورسانس
۳-خاصیت فوتو شیمیایی
۱-خاصیت فوتو الکتریک اگر اشعه وراء بنفش به فلزات بتابد از آنها الکترون جدا می کند ولی جدا شدن الکترون در کلیه فلزات به یک اندازه نیست و حساسیت کادمیوم بیش از همه است. مقدار الکترونی که از فلز جدا می شود متناسب با مقدار انرژی اشعه ایست که به آن می تابد.
۲-خاصیت فلوئورسانس- اگر درمقابل اشعه وراء بنفش اجسامی از قبیل کچ و Colophane و محلول سالیسیلات دو سود و غیره قرار دهند ملاحظه می شود که هر یک به نسبت جذب اشعه به رنگ های مختلف درخشندگی پیدا می کنند.  امروزه تحقیقات زیادی درباره فلوئور سانس بافت های سالم و بیمار دراثر تابش این اشعه نموده اند که نتایج مهمی در تشخیص بعضی از بیماریهای پوستی و حتی نسوج سرطانی داشته است. دندانهای سالم در اثر تابش اشعه وراء بنفش (۳۳/۰ تا ۳۸/۰ مو) رنگ آبی زیبایی پیدا می کند. در صورتیکه دندانهای مرده بدون تغییر رنگ وتاریک باقی می ماند همچنین جلیدیه سالم که در اثر آب مروارید استحاله نیافته باشد فلوئور سانس آبی ایجاد می کند.
اشعه وراء بنفش به برخی اجسام خاصیت فسفر سانس داده و سبب یونیزاسیون گازها و تخلیه الکتریکی خازنها می شود.(۱)
۳-خاصیت فوتو شیمیایی – اشعه وراء بنفش باعث فعل و انفعالات شیمیایی می شود و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه (۳/۰ مو) شدید تر است.
منابع طبیعی و مصنوعی اشعه وراء بنفش
 تنها منبع طبیعی اشعه وراء بنفش خورشید است ولی طیف نور خورشید طول موجهای کمتر از ۲۹۰۰ انگستروم ندارد زیرا قبل از رسیدن به زمین در جو صاف می شود و این خود وسیله ای برای حفاظت از خطرات اشعه وراء بنفش می باشد.
همانطور که گفته شد، مناسب ترین وسهل ترین وسیله تولید اشعه وراء بنفش استفاده از چراغهای بخارجیوه است که با مصرف کم انرژی الکتریکی مقدار نسبتا زیادی اشعه وراء بنفش تولیدمی کند که تا وقتی که چراغ روشن است نورمهتابی از خود پخش می کند که حاوی مقداری اشعه وراء بنفش است. معمولا این نوع چراغها را داخل نور افکن قرارمی دهند تا اشعه وراء بنفش رادرناحیه مورد درمان متمرکز کنند ضمنا قوس الکتریکی بین دو قطعه ذغالی یاجرقه الکتریکی بین دو قطعه فلزی نیز مثل طیف خورشید یک طیف پیوسته است که شامل اشعه وراء بنفش با طول موج ۲۷۰۰ انگستروم می باشد.
خواص و اثرات بیولوژیک اشعه وراء بنفش (۱)
این اشعه در بدن دارای اثرات موضعی و عمومی است. اثر عمومی اشعه در حقیقت نتیجه اثرموضعی آن در پوست است.
اثرات مرئی و موضعی اشعه وراء بنفش دربدن عبارتند از:
اریتم – اریتم یا سرخی پوست که متعاقب تابش اشعه به بدن ایجاد می شود بستگی به مقدار و طول موج اشعه تابنده دارد و موثرین طول موج در تولید اریتم طول موج ۲۹۶۷ انگستروم است. این دسته اشعه که از نظر بیولوژی فوق العاده موثر است و حداقل طول موج آن ۲۸۰۰ انگستروم می باشد به اشعه دورنو Dorno معروف است.
شدت سرخی پوست بر حسب مقدار اشعه تابنده متفاوت است، تابش مقدارکم اشعه فقط باعث سرخی پوست می شود که پس از یک دوره نهفته چند ساعته ظاهر می گردد ولی تابش مقدار زیاد آن سبب تاول و ورم پوست شده و اگر مقدار آن خیلی زیاد باشد سوختگی شدید  تولید می کند.
علت اریتم اتسااع رگ های موئین درنتیجه آزاد شدن مواد مشابه هیستامین در اپیدرم است. بدین ترتیب که تابش اشعه وراء بنفش به بدن و نفوذ آن در طبقات سطحی جلد باعث می شود که هیسترین موجود درسلولهای پوست تبدیل به هیستامین شود. اثر تسکینی اشعه وراء بنفش دردردهای عصبی نیز نتیجه تاثیر هیستامین است.
تیرگی پوست- متعاقب اریتم تیرگی در پوست ایجاد میشود ولی تیرگی بوسیله اشعه ای که طور موج آ“ بین ۳۰۰۰ تا ۳۶۰۰ انگسترم است بسیار رایج است
بنابراین طیف نور خورشید که از حیث اشعه دورنو فقیر است و می تواند تیرگی شدید در پوست ایجاد کند. تکرار تابش اشعه سبب کم شدن حساسیت پوست نسبت به اشعه می گردد بطوری که برای ایجاد تیرگی باید به تدریج بر مقدار اشعه افزود و از خواص مهم دیگر اشعه وراء بنفش، عوارض قسمت قدامی چشم می باشد.
موارداستعال درمانی اشعه وارء بنفش
یکی از مهمترین اثرات عمومی این اشعه در تبادلات غذایی، بهتر جذب شدن مواد پروتئین، کاهش قند خون و از همه مهمتر تاثیر در تبادلات کلسیم و فسفر است.
افزایش کلیسم و فسفر خون بیماران مبتلا به تتانی و راشیتیسم پس از تابش اشعه وراء بنفش دورنو نشان می دهد که همراه افزایش کلسیم و فسفر خون مقدار ویتامین D نیز در بدن بالا می رود و بطوریکه ترقی کلیسم و فسفر خون را باید نتیجه تولید ویتامین D دانست.
اشعه وراء بنفش در تعداد گلبولهای قرمز و هموگلوبین خون در دوره سلامتی تغییری نمی دهد ولی در مواقع کم خونی اثر محسوسی در بالابردن مقدار هموگلوبین و عده گلبولهای قرمز خود دارد.
مقاومت عمومی بدن در برابر بیماریهای عفونی پس از درمان با اشعه وراء بنفش زیاد می شود زیرا پوست در ساختن موادیکه موثر در ازدیاد مقاومت هستند،  سهم عمده دارند.
اشعه وراء بنفش در درمان زخم‏های دیر التیام نتیجه مطلوب می دهد و این عمل به علت خاصیت باکتریو استاتیک و افزایش گرردش موضعی خون است.
اشعه وراء بنفش بین طول موجهای ۴/۰ و ۲/۰ مو خاصیت میکروب کشی واضحی دارد که حداکثر آن برای طول موجهای بین ۲۵/۰ و ۲۸/۰ مو می باشد.از خاصیت میکروب کشی اشعه وراء بنفش در پزشکی زیاد استفاده می کنند و ضد عفونی کردن هوای اطاقهای محروم از نور آفتاب و اطاق عمل و مکانهای سر بسته لامپ مولد اشعه را مدتی روشن می نمایند تا اکسیژن هوا به ازن که ضد عفونی کننده قوی است تبدیل گردد. در این موارد بیشتر از لامپی که اشعه با طول مو ۲۵/۰ مو  ایجاد می نماید استفاده می شود.
حفاظت در مقابل اشعه وراء بنفش
حفاظت در مقابل اشعه وراء بنفش بسیار آسان است زیرا غالب مواد این اشعه را به آسانی جذب می نمایند مثلا لباس هر قدرهم نازک باشد برای حفظ بدن در مقابل اشعه کافی است.
محافظت چشم قدری مشکل تر است.شیشه های عینک معمولی اشعه کوتاهتر از ۳/۰ مو را جذب نمی کند ولی امروزه شیشه هایی می سازند که تمام اشعه وراء بنفش و حتی قسمت کمی از بنفش را جذب می کند. به کار بردن این نوع عینک ها برای کلیه افرادیکه با اشعه وراء بنفش سرو کار دارند اجباری است و باید کارگران جوشکاری و ذوب فلزات و همچنین پزشکان وپرستارانی که فوترتراپی می کنند و به طور کلی تمام افرادی که حتی مدت کمی در معرض تابش شدید این اشعه قرار می گیرند در موقع کار از آن استفاده نمایند (۲).
۲-۱) خصوصیات و ویژگی های پرتو IR
این اشعه به منطقه ای از طیف امواج الکترو مغناطیسی اطلاق می شود که بلافاصله قبل از طیف نور مرئی قرار گرفته و دارای اثر حرارتی می باشد.
منطقه اشعه زیر قرمز بین طول موجهای ۸/۰ مو که حد اشعه مرئی است و ۳۴۳ مو که جزء امواج هرتز نیز محسوب می شود قرار دارد.
در اشعه زیر قرمز طول موج های کوتاهتر از ۵/۱ مو از پوست می گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می نمایند.
جذب اشعه زیر قرمز
بهتر است که اشعه زیر قرمز را به دو قسمت تقسیم نمود:
۱-شامل اشعه بین ۸/۰ مو و ۴ مو است. می توان این اشعه را توسط انواع صافیها مجزا نمود و مورد مطالعه قرار داد.
۲-شامل طول موجهای بلند تر از ۴ مو است که بوسیله اغلب مواد جذب می شوند بخصوص طول موجهای بلندتر از ۱۰ مو بوسیله هوا کاملاً جذب می شود و تحقیق خواص بیولوژیک آن مقدور نیست.

منابع و مراجع
۱)    کلیات فیزیک پزشکی و بیوفیزیک، تألیف دکتر ابولفضل رسولی و دکتر غلامحسین رهبری از انتشارات شرکت سهامی چهر
۲)    فیزیک پزشکی، تألیف دکتر نصرا… دکتر ذبیح ا.. عزیزی، انتشارات شرکت سهامی چهر
۳-Guidelines for Blood – Material Interaction Report of the National Heart , long , and Blood Institute working Group. Chapters Material surface characterization.
۴- Spectroscopic Methods in organic chemistry , DUDLEY H. WILLIAMS JAN FLEMING.
۵) اسکپتر وسکوپی (طیف سنجی)، تألیف دکتر باقر عسگر اولادی
۶) مبانی طیف سنجی مولکولی، تألیف ک . ن . بنول، ترجمه دکتر مسعود حسن پور و دکتر رضا اسلامپور.
۷- Jing Xie , Clyde Riley , MUKESH , Krishan Chittur ; BioMaterials , 3609- 3616 , 23 , 2002