آنالیز الکل ها به کمک طیف سنجی رامان

اردیبهشت ۲۴, ۱۴۰۲
مریم سادات مرصعی- دکتری نانو شیمی
بدون نظرات

الکل، این ماده کلیدی و پرکاربرد را چگونه می‌توان شناسایی کرد؟ چالشی که در دوره کرونا هم زیاد با آن مواجه بودیم. این که الکلی که استفاده می‌کنیم اتانول است یا متانول؟ طیف سنجی رامان یکی از دقیق‌ترین و سریع‌ترین روش‌ها برای شناسایی مولکول‌های الکلی مختلف است. به علاوه، از طریق اطلاعات حاصل از طیف رامان می‌توان غلظت الکل را نیز محاسبه کرد. چنان چه با نمونه‌های الکلی سر و کار دارید و تمایل دارید تا درک عمیق‌تری از کاربرد روش رامان در آنالیز الکل‌ها داشته باشید، تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.

کاربرد طیف سنجی رامان در آنالیز الکل‌ ها چیست؟

طیف سنجی رامان یک روش قدرت‌مند برای شناسایی مواد است که اطلاعات ارزشمندی در رابطه با ساختار نمونه‌ها ارائه می‌دهد. در واقع رامان یک تکنیک سریع، غیر مخرب و غیر تماسی است که امکان آنالیز نمونه‌های فرار مانند الکل‌ها را از روی ظرف فراهم می‌کند. الکل‌ها دسته مهمی از ترکیبات شیمیایی هستند. مواد الکلی در واکنش‌های گسترده‌ای شرکت می‌کنند و بسیاری از ترکیب‌های شیمیایی از آن‌ها به دست می‌آیند. شاید بتوان گفت که یکی از سریع‌ترین و دقیق‌ترین روش‌ها برای آنالیز مولکول‌های الکلی استفاده از طیف سنجی رامان است. میکروسکوپ رامان می‌تواند از شناسایی ساختارهای الکلی تا تعیین غلظت الکل‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

اگر چه روش‌های متعددی برای شناسایی الکل‌ها وجود دارد، اما اکثر آن‌ها زمان بر هستند. طیف سنجی رامان این قابلیت را دارد که به سرعت و به راحتی در عرض چند میلی ثانیه تا چند ثانیه شناسایی را انجام دهد. در این قسمت همراه شما هستیم تا با ذکر چند مثال، کاربرد طیف سنجی رامان در شناسایی الکل‌های مختلف را بیان کنیم:

شناسایی الکل‌های مختلف با طیف سنجی رامان

متانول

متانول که با نام متیل الکل نیز شناخته می‌شود، ساده‌ترین الکل است. فرمول شیمیایی آن CH_۳OH (یا به اختصار MeOH یا MetOH) است. اتم کربن در مرکز یک چهار وجهی تقریباً منظم، قرار دارد که رئوس آن توسط اتم اکسیژن و سه اتم هیدروژن که مستقیماً به آن متصل هستند، اشغال شده است. در دمای اتاق به صورت مایعی بی‌رنگ با بوی مشخص ظاهر می‌شود. بسیار فرار و بسیار قابل اشتعال است. در بسیاری از حلال‌های آلی مانند کلروفرم و در آب کاملا محلول است. طیف رامان متانول در شکل ۲ نشان داده شده است. پیک‌های موجود در محدوده (cm^-۱) ۲۸۰۰-۳۰۰۰ مربوط به حالت‌های کششی متقارن و نامتقارن گروه متیل (CH_۳) هستند و پیک موجود در (cm^-۱) ۱۵۰۰ مربوط به حالت خمشی گروه متیل است. در فرکانس‌های پایین‌تر یعنی حدود (cm^-۱) ۱۰۰۰ حالت کششی پیوند C-O وجود دارد. حالت کششی پیوند O-H نیز در محدوده (cm^-۱) ۳۴۰۰ ظاهر می‌شود.

اتانول

اتانول (یا اتیل الکل) یک الکل با زنجیره آلکیل خطی است که فرمول آن CH_۳CH_۲OH است. هم‌چنین به بیان ساده الکل نیز نامیده می‌شود که اساس تمام مشروبات الکلی است. در شیمی، می‌توان آن را با نام اختصاری EtOH نیز یافت. در دمای اتاق به صورت مایعی بی رنگ با بوی مشخص و تند ظاهر می‌شود. فرار و به شدت قابل اشتعال است. شعله‌ای که در هنگام احتراق تولید می‌کند آبی کم رنگ است. در شکل ۳ طیف رامان اتانول نشان داده شده است. پیک‌های مشاهده شده در محدوده (cm^-۱) ۲۸۰۰-۳۰۰۰ مرتبط با حالت‌های کششی گروه‌های CH3 و CH2 است و پیک موجود در (cm^-۱) ۱۵۰۰ حالت خمشی است، در حالی که در فرکانس‌های پایین‌تر حالت‌های کششی پیوند C-O و پیوند C-C مشاهده می‌شود.

مطالعه مقاله آنالیز باکتری‌های تک سلولی با استفاده از طیف سنجی رامان

۲-پروپانول

ایزوپروپیل الکل یا ۲-پروپانول، الکلی با فرمول CH_۳CH(OH)CH_۳، بی رنگ و نسبتا فرار با بوی مشخصه قوی است. ۲-پروپانول در آب، اتانول، اتر و کلروفرم محلول است. در شکل ۴، طیف رامان ۲-پروپانول نشان داده شده است. همه پیک‌‌های مشاهده شده در طیف رامان این الکل به گروه‌های CH_۲ ،CH_۳ و پیوندهای C-O و C-C مرتبط هستند.

موارد ذکر شده تنها چند نمونه از کاربردهای میکروسکوپ رامان در شناسایی الکل‌ها است. به همین ترتیب می‌توانید سایر الکل‌ها را نیز به راحتی و به سرعت با طیف سنج رامان شناسایی و تفکیک نمایید. در این قسمت پیشنهاد می‌کنم که ویدئو آنالیز طیف سنجی رامان الکل با میکروسکوپ رامان تکرام را مشاهده کنید.
علاوه بر بحث شناسایی، مسئله دیگری که وجود دارد موضوع تعیین غلظت الکل‌ ها است. به نظر شما طیف سنجی رامان چگونه می‌تواند در بخش تعیین غلظت الکل ها کمک کننده باشد؟

تعیین غلظت الکل با استفاده از طیف سنجی رامان

برای توضیح چگونگی تعیین غلظت الکل‌ها به کمک روش رامان، یکی از الکل‌های پراستفاده یعنی اتانول را انتخاب کردیم. اتانول معمولا در طیف وسیعی از مواد مانند نوشیدنی‌های الکلی، محصولات ضدعفونی‌ کننده، حلال‌ها و سوخت‌ها یافت می‌شود. غلظت آن بسته به کاربردی که دارد، تنظیم می‌شود. به عنوان مثال، اتانول مورد استفاده در موسسات پزشکی برای ضدعفونی دست روی ۸۳-۷۰ درصد حجمی تنظیم شده است تا اثر ضدعفونی کنندگی مؤثر داشته باشد. در دوره شیوع ویروس کرونا و تقاضای بالا برای اتانول استفاده از ۶۰ درصد حجمی اتانول نیز مجاز شد. محصولات اتانولی با غلظت بالا باید حتما قبل از استفاده با آب تصفیه شده رقیق شوند. اندازه‌گیری دقیق غلظت اتانول برای محصول رقیق شده از اهمیت بالایی برخوردار است. برای این منظور می‌توان از روش طیف سنجی رامان استفاده کرد. زمان اندازه گیری رامان در هر نمونه به اندازه میلی ثانیه تا ثانیه است که امکان ارزیابی سریع را فراهم می‌کند. این روش قابلیت آنالیز نمونه از روی ظرف را دارد. بنابراین برای اندازه گیری نمونه‌های بسیار فرار مانند اتانول می‌توان ظرف بسته حاوی نمونه مایع را زیر لیزر میکروسکوپ قرار داد. البته ظرف نمونه باید اجازه عبور نور لیزر را بدهد.

مطالعه مقاله رامان پرتابل در شناسایی مواد مخدر قانونی

**شکل ۵:‌ آنالیز رامان اتانول از روی ظرف**

در ادامه به منظور کمی سازی و تعیین غلظت اتانول از روش رسم منحنی کالیبراسیون استفاده می‌شود. یک منحنی کالیبراسیون از روی پیک مشاهده شده در محدوده (cm^-۱) ۸۸۰ مربوط به ارتعاش کششی متقارن C-C-O اتانول رسم می‌شود. در این قسمت برای تهیه نمونه استاندارد صفر تا %۹۹/۵vol، آب فوق خالص و اتانول %۹۹/۵vol مخلوط می‌شوند.

**شکل ۶:‌ طیف رامان اتانول و منحنی کالیبراسیون**

جدول ۱ نتایج کمی غلظت اتانول سه نوع ضد عفونی کننده تجاری، یک نوشیدنی الکلی با غلظت بالا و چهار نوع نوشیدنی الکلی مختلف را نشان می‌دهد. همانطور که مشخص است غلظت اتانول به دست آمده از نتایج کمی با غلظت اتانول ذکر شده در محصول مشابه است.

جمع‌ بندی

طیف سنجی رامان قابلیت تعیین نوع الکل موجود در نمونه را دارد. علاوه براین، امکان تعیین کمی مقدار الکل موجود در نمونه را نیز فراهم می‌کند. به عنوان مثال، غلظت اتانول را می‌توان به سرعت و به راحتی در نمونه‌هایی مانند ضد عفونی کننده‌ها و نوشیدنی‌های الکلی اندازه‌گیری کرد. به علاوه طیف سنج رامان این پتانسیل را دارد که الکل‌های فرار را از روی ظرف آنالیز کند و اثرات تبخیر را به حداقل برساند. چنان‌چه با نمونه‌های الکلی سر و کار دارید و تمایل دارید درک عمیق‌تری از کاربرد روش رامان در آنالیز الکل‌ها داشته باشید، می‌توانید با کارشناسان شرکت تکسان در تماس باشید.