روش‌هایی که در آن اطلاعات مفیدی از ساختار، ترکیبات، درجه خلوص و خواص مواد شیمیایی بدست می‌آید، را آنالیز مواد شیمیایی می‌گویند. بر اساس اطلاعاتی که می‌خواهیم از آنالیز مواد شیمیایی بدست بیاوریم می‌توان دسته‌بندی‌های مختلفی را برای آنالیز مواد شیمیایی درنظر گرفت. این دسته‌ها شامل روش‌های آنالیز عنصری و شناختن ترکیبات شیمیایی، روش‌های آنالیز خواص مواد و روش‌های آنالیز میکروسکوپی، می‌شود. از الزاماتی که باید برای توسعه محصول و همچنین صنعتی کردن خط تولید در نظر گرفت آشنایی با خلوص مواد شیمیایی اولیه، اندازه‌گیری غلظت ناخالصی‌ها و غلظت عناصر کلیدی ترکیبات است. این اطلاعات بسیار مهم هستند که دانستن آنها می‌تواند بسیاری از مشکلات در تولید را حل کند. در مورد نمونه‌های مجهول، علاوه‌بر دانستن غلظت عنصرهای موجود در نمونه، شناختن ترکیبات مواد شیمیایی نیز بسیار اهمیت دارد. برای شناخت و درک کردن بسیاری از خواص نهایی مواد، دانستن ترکیب شیمیایی و ساختار کنار هم قرار گرفتن اتم‌ها و مولکول‌ها ضروری است.
آنالیز مواد شیمیایی
کدام آنالیزهای مواد شیمیایی مهم هستند؟
برای آنالیز مواد شیمیایی تعداد زیادی از آنالیزها وجود دارد که شیمیست‌ها می‌توانند از آنها برای بدست آوردن ترکیبات مواد شیمیایی و خلوص مواد استفاده کرد. تعدادی از این آنالیزها از انواع آنالیزهای دیگر مهم‌تر هستند. این آنالیزها شامل آنالیزهای XRD، آنالیز XRF، آنالیز ICP و آنالیز FTIR می‌شود. با انجام دادن مجموعه‌ای از آنالیزها می‌توان مواردی مانند مهندسی معکوس، شناسایی درصد فلزات گران‌بها مانند طلا و نقره در ترکیبات مجهول و … را بدست آورید.
آنالیز مواد شیمیایی
انواع آنالیزهای مواد شیمیایی کدام‌ها هستند؟
دسته‌بندی کردن روش‌های آنالیز مواد شیمیایی شامل روش‌هایی می‌شود که در آنها خواص فیزیکی و مکانیکی مواد شیمیایی تعیین می‌شود. در یک خط تولید صنعتی دسته‌بندی آنالیز مواد شیمیایی به طور معمول پس از تولید محصول و در مرحله کنترل کیفی محصول قرار می‌گیرد.
بعد از بررسی کردن خواص محصول نهایی اگر استانداردهای مورد نیاز بدست آمد، محصول از خط تولید خارج می‌شود و اگر استانداردهای موردنیاز بدست نیامد محصول برای بررسی دوباره فرستاده می‌شود تا در مراحل ساخت آن تغییرات موردنیاز اعمال شود. خواصی که باید بررسی شود شامل خواص مکانیکی مانند کشش، استحکام و خمش، خواص فیزیکی مانند خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، خواص شیمیایی و خواص حرارتی است.
یکی از آنالیزهای مهمی که در این زمینه استفاده می‌شود آنالیز DSC/TGA/DTA است. آنالیز DSC/TGA/DTA برای بررسی کردن خواص حرارتی استفاده می‌شود. آنالیز VSM برای خواص مغناطیسی استفاده می‌شود و آنالیز BET برای سنجش میزان تخلخل استفاده می‌شود. دسته‌بندی کردن روش‌های آنالیز میکروسکوپی جزء این دسته‌بندی قرار می‌گیرد. روش‌هایی مانند آنالیز SEM، آنالیز TEMو آنالیزهای پروبی جزء این دسته‌بندی قرار می‌گیرد.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز XRD مواد شیمیایی
این آنالیز برای شناسایی ساختار بلوری و ترکیبات مجهول استفاده می‌شود. آنالیز XRD از پرکاربردترین روش‌های آنالیزی است. در این روش پرتو ایکس به یک نمونه بلوری برخورد می‌کند و نمونه موردنظر را آنالیز می‌کند. آنالیز XRD در مهندسی معکوس بسیار مورد استفاده است و می‌تواند بسیار ثمربخش باشد.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز XRF مواد شیمیایی
آنالیز XRF مانند آنالیز XRD براساس برخورد پرتو ایکس با نمونه موردنظر است. تفاوت این دو روش در شناسایی عناصر سازنده ماده است. در روش آنالیز XRD، ترکیبات و فازهای موجود در ماده مجهول شناسایی می‌شود، اما در آنالیز XRF مواد شیمیایی تنها شناسایی عناصر سازنده ترکیبات موردنظر است. به طور مثال اگر در یک نمونه اکسیژن و آهن وجود داشته باشد، آنالیز XRF نمی‌تواند مشخص کند که کدام ترکیب اکسید آهن (Fe3O4 ,FeO ,Fe2O3) در آن وجود دارد؛ به همین دلیل در مورد شناسایی نمونه‌های مجهول از هر دو آنالیز XRD و XRF به طور همزمان استفاده می‌کنند.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیزهای عنصری مواد شیمیایی چیست؟
آنالیزهای عنصری به مجموعه‌ای از آنالیزها که به شناسایی عنصرهای موجود در ماده می‌پردازد، می‌گویند. آنالیزهای ICP وCHN وEDS و کوانتومتری جزو آنالیزهای عنصری مواد شیمیایی محسوب می‌شوند. اساس شناسایی هرکدام از این روش‌های آنالیز عنصری متفاوت است.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز FTIR مواد شیمیایی
در این آنالیز طیفی از امواج الکترومغناطیسی مادون قرمز به ماده مجهول تابانده می‌شود و پاسخ آن مطالعه می‌شود. بدلیل آنکه انرژی طیف‌های ارتعاشی در ناحیه فروسرخ است می‌توان با مطالعه خروجی آزمون FTIR پیوندهای شیمیایی روی سطح مواد را شناسایی کرد. از موارد پرکاربرد آنالیز FTIR در نانو فناوری و پس از تولید مواد نانوساختار است. پس از سنتز نانو مواد در تولید مواد شیمیایی این نکته که سورفکتانت‌ها هنوز در ماده وجود دارند یا نه بسیار اهمیت دارد، که این نکته با استفاده از روش FTIR قابل تعیین است.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز VSM مواد شیمیایی
آنالیز VSM برای مطالعه خواص مغناطیسی مواد فرومغناطیسی استفاده می‌شود. با آنالیز VSM می‌توان میزان قدرت مغناطیسی هر ماده مغناطیسی را مشخص کرد. همچنین با استفاده از این آنالیز می‌توان رفتار ماده در میدان‌های مغناطیسی را مطالعه کرد.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز TEM مواد شیمیایی
این آنالیز جزء دسته آنالیز TEM است که جزء دسته خانواده آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی است. اما این آنالیز با دیگر اعضای خانواده خود تفاوتی دارد، که این تفاوت در این است که تصویر بدست آمده در این آنالیز در این میکروسکوپ از داخل نمونه است. قدرت تفکیک و بزرگنمایی این میکروسکوپ از دیگر اعضای این خانواده بهتر است و بسته به نوع مدل دستگاه و شرکت سازنده آن می‌توان حتی ذرات ریز با اندازه 30 نانومتر را مشاهده کرد. میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری که قدرت تفکیک بالایی دارند می‌توانند اتم‌های ذرات سازنده را شناسایی کنند و نمایش دهند.
نکته: محدودیت استفاده از خانواده میکروسکوپ‌های الکترونی، روش‌های آماده سازی مواد در آن می‌باشد. برای تصویربرداری کردن باید سطح مواد کاملا صیقلی و نازک باشند.
آنالیز مواد شیمیایی
آنالیز SEM مواد شیمیایی
این آنالیز جزء آنالیزهای خانواده میکروسکوپی است که با استفاده از آن می‌توان جزئیات نانومتری که روی سطح مواد وجود دارد را بررسی کرد. در آنالیز SEM برخلاف روش‌هایی که در آنها از میکروسکوپ نوری استفاده می‌شود و نور به نمونه برخورد می‌کند، از الکترون‌ها برای تابش به نمونه و بدست آوردن تصویر استفاده می‌شود. بدلیل آنکه طول موجی که توسط الکترون‌ها ایجاد می‌شود به مراتب کوچکتر از طول موج نور مرئی است، جزئیات کوچکتری را می‌توان با آنالیز SEM رویت و شناسایی کرد. همچنین با نصب کردن آشکارسازهای جانبی به میکروسکوپ SEM می‌توان به جز تصویربرداری اطلاعات دیگری مانند شناسایی عنصرهای موجود در ماده را بدست آورد.
آنالیز مواد شیمیایی
نتیجه گیری
با استفاده از آنالیز مواد شیمیایی می‌توان به اطلاعات دقیقی در مورد ساختار، ترکیبات و درصد خلوص و … دست یافت. در این مقاله از رایمون لب تعدادی از آنالیزها برای بدست آوردن ساختار و اطلاعات موردنیاز در مورد انواع نمونه‌ها توضیح داده شد.
سلام
ممنون از مطالب مفیدتون.
میشه درباره روش کار هر آنالیز هم توضیح بدید؟