کاربرد امواج مادون قرمز در صنایع غذایی چیست؟ سلام خدمت شما دوست عزیز علم فودی?. ممنونیم که علم فود رو برای پیدا کردن پاسخ سوال هاتون در مورد کاربرد امواج مادون قرمز در صنایع غذایی انتخاب کردید. در پست های قبلی علم فود در مورد کاربرد دستگاه اسپکتروفتومتر در صنایع غذایی صحبت کردیم. در این مطلب قصد داریم طیف سنجی مادون قرمز و کاربرد آن در صنایع غذایی را بررسی کنیم. تا انتهای این مطلب با علم فود همراه باشید?.
طیف سنجی مادون قرمز چیست ؟
مطالعه برهمکنش بین ماده با تابش مادون قرمز، توسط طیف سنجی مادون قرمز یا طیف سنجی ارتعاشی انجام می شود که شامل مجموعه ای از تکنیکها است که بیشتر بر پایه نوع جذبی استوار است. انواع نمونه های جامد، مایع یا گاز توسط طیف سنجی مادون قرمز قابل بررسی هستند که اغلب از آن برای شناسایی کیفی استفاده می شود. بخشی از گستره وسیع امواج الکترومغناطیسی که در ناحیه بین 780nm تا 3000nm قرار دارد متعلق به تابش فروسرخ است که به 3 ناحیه که تقسیم میشود. نامگذاری این نواحی بر اساس دوری یا نزدیکی به ناحیه مرئی است.
دیاگرام طیف سنجی مادون قرمز
یک طیف فروسرخ به صورت یک نمودار جذبی (یاعبوری) در محور عمودی بر حسب فرکانس و در محور افقی برحسب طول موج می باشد. نوارهای جذبی مشاهده شده وابسته به گروه های عاملی موجود در مولکول دارد و به صورت اثر انگشت برای هر مولکول متمایز و منحصر بهفرد می باشد. واحد فرکانسی که در طیف سنجی مادون قرمز استفاده میشود بر حسب معکوس سانتی متر است که به آن اغلب عدد موجی گفته میشود. واحد مورد استفاده برای طول موج IR بر حسب میکرومتر است که قبلا به آن میکرون نیز میگفتند که نماد آن μm است که با عدد موجی رابطه معکوس دارد.
هر طیف داری دو ناحیه است، اولی که به نام ناحیه اثرانگشت معروف است در گستره 600 – 1200(معکوس سانتیمتر) قرار دارد و دومین ناحیه گروه های عاملی درگستره 1200 – 3600(معکوس سانتیمتر) میباشد. برای مولکولی نظیر n-اکتان طیف فروسرخ آن به صورت شکل زیردیده می شود که نوارهای جذبی آن مرتبط با ارتعاشهای گروه های عاملی مختلف آن می باشد که در داخل شکل اطلاعات مربوط گنجانده شده است.
همچنین طیف فروسرخ ترکیب گلایسین در شکل زیر نشان داده شده است.
مشاهده طیف های فروسرخ ترکیبات مختلف نشان میدهد که با شناسایی رفتار طیف سنجی گروه های عاملی مختلف در ترکیبات می توان از آنها برای شناسایی کیفی ساختارهای ناشناخته استفاده کرد.برای این منظور نیاز است که نحوه ارتعاشات وفرکانس‌های گروه های مختلف را به طور عمیق درک کرد.همانطور که گفتیم،گروه های عاملی مختلف در یک ترکیب یا ترکیبات متفاوت دارای فرکانس های ارتعاشی (معکوس سانتی متر) متفاوت می باشند. به 2 نمونه از این موارد در زیر اشاره می‌کنیم :
1) بر اساس اینکه کربن دارای اوربیتالهای پیوندی مختلف از نوع sp ، 2sp و 3sp باشد، فرکانس ارتعاش پیوندهای H-C و O-C متصل به آن متفاوت خواهدبود.
2) پیوند کربونیل در انواع مختلف گروه های عاملی نیز دارای فرکانسهای ارتعاشی متمایزی هستند.
طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ FTIR
تبدیل فوریه، انتقال سیگنال‌ها از حوزه زمان به حوزه فرکانس مربوطه میباشد که برای این کار از تداخل سنج مایکلسون استفاده میشود. در تداخل سنج مایلکسون، نور حاصل از منبع لیزر He- Ne به یک شکافنده نور برخورد کرده و نصف آن با زاویه 90 درجه انعکاس یافته و به یک آینه ثابت برخورد میکند.
نصف دیگر آن از شکافنده عبور کرده و به آینه متحرک برخورد میکند. پرتوهای شکافته شده مجددا با همترکیب شده و الگوی تداخلی را ایجاد میکنند. با عبور پرتو از نمونه، آشکار ساز سیگنال‌های تداخل کرده را جمع کرده و یک منحنی به از پاسخ در برابر مقدار جابجایی آینه متحرک را نشان می دهند. سیگنال رسیده به آشکارساز در مقادیر δ رسم میکند که به آن تداخل‌گرام میگویند.
مزایای طیف سنجی تبدیل فوریه
طیف سنجی تبدیل فوریه دارای مزایایی نسبت به طیف سنجی روبشی معمولی است که در ادامه به آنها اشاره می شود :
- نسبت سیگنال به نویز بسیار خوبی دارد که مدیون سرعت اسکن بالا و تهیه یک طیف در زمان بسیار کوتاه است که سبب میشود بتوان به
تعداد بسیار زیاد طیف تهیه کرده و با میانگین گیری کردن آنها، نسبت سیگنال به نویز را افزایش داد.
- طیفهای تبدیل فوریه دارای قدرت تفکیک بالاتر می باشند
- اندازه گیری‌های آن بسیار صحیح است
- فرکانسهای آن بسیار تکرارپذیر هستند
- طیف سنجی تبدیل فوریه عاری از تابش‌های هرز میباشد
- تکنیک FTIR میتواند کل طیف در ناحیه IR را یکباره ثبت کند و بنابراین تکنیک سریعی است
- به عنوان یک روش غیر تخریبی و غیرتهاجمی شناخته میشود
- به دلیل اینکه از نظر مکانیکی ساده است، نیاز به کالیبراسیون خارجی ندارد
به عنوان یک عیب برای تکنیک طیف سنجی مادون قرمز باید گفت که این روش بهحضور آب به طور قابل توجهی حساس است به طوری که می تواند کل پیک های طیف را محو کند. اگر نمونه دارای رطوبت زیادی باشد عمق نفوذ پرتو نور کاهش یافته و بجای طیف سنجی مادون قرمز از طیف سنجی رامان بهتر است استفاده شود.
دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی
مجموعه علم فود با همکاری یکی از آزمایشگاه های همکار غذا و دارو و سازمان دامپزشکی، دوره آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی و آزمایشگاه شیمی مواد غذایی را به صورت کاملا عملی و تحلیلی تهیه کرده است. در این دوره آزمایش های مهم شیمی مواد غذایی از جمله جدول تغذیه ای مواد غذایی که جزء آزمایشات مهم هستند به صورت کاملا عملی آموزش داده شده است.
از مواردی که در دوره عملی آزمایشگاه شیمی آموزش داده شده میتوان به اندازه گیری پروتئین، چربی، قند، نمک، اسیدیته، خاکستر، دانسیته، رطوبت و آزمایشات مهم دیگر مانند اندازه گیری نشاسته در فراورده های گوشتی و اندازه گیری اسیدیته، پراکسید استخراجی روغن و اندازه گیری فیبر خام در مواد غذایی، اندازه گیری کلسیم در مواد غذایی و غیره اشاره کرد.
همچنین در دوره آزمایشگاه میکروبیولوژی مواد غذایی سعی شده چالش های احتمالی در آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی بررسی و راه حل هایی برای آن ارائه گردد. نحوه رقت سازی، ساخت محیط کشت، بررسی استاندارد، نحوه افزودن مکمل ها و نحوه کشت و شمارش میکروارگانیسم های مهم و مشترک بین مواد غذایی در این دوره آموزش داده شده است. برای آشنایی با این دوره ها بر روی ثبت نام و شروع یادگیری دوره های شیمی و میکروب کلیک کنید (با امکان دریافت گواهینامه از آزمایشگاه همکار غذا و دارو و سازمان دامپزشکی).
دوره های تخصصی آزمایشگاه مواد غذایی
دوره آزمایشگاه شیمی مواد غذایی
آموزش صفر تا صد آزمایشگاه شیمی مواد غذایی به صورت عملی در سایت علم فود به همراه گواهینامه معتبر آموزشی
دوره آزمایشگاه میکروبی مواد غذایی
دوره تخصصی آزمایشگاه میکروبیولوژی مواد غذایی به همراه آموزش اصول تخصصی کار در آزمایشگاه مواد غذایی
بعد از گذراندن این دوره به آزمایشات مهم و اصلی که بین اکثر مواد غذایی مشترک است، مسلط میشوید. گواهینامه این دوره معتبر هست و برای استخدام شدن در جایگاه مسئول فنی و یا مسئول کنترل کیفیت میتونید مدرک این دوره رو به سازمان غذا و دارو ارائه بدید. همچنین این دوره برای افرادی که تمایل به یادگیری آزمایشات و یا گذراندن کارآموزی دارند بسیار مناسب است. گواهینامه این دوره دارای اعتبار و قابل ترجمه برای مهاجرت به خارج از کشور است.
مدهای آنالیز طیف سنجی مادون قرمز در صنایع غذایی
آنالیز با طیف سنجی مادون قرمز را می توان به دو صورت مد عبوری و یا انعکاسی انجام داد:
مد عبوری
در روش عبوری نمونه درون یک سل قرار میگیرد. خود سل باید در ناحیه IR شفاف باشد. جنس این سل‌ها از نمک‌های نظیر سدیم کلرید، پتاسیم برمید، کلسیم فلورید میباشد. به دلیل حساسیت این قرصهای نمکی به رطوبت باید در دیسیکاتور به عنوان محیطی عاری از آب نگهداری شوند.
نمونه های جامد در مد عبوری
- نمونه های جامد را میتوان پودر کرد و سپس پودر را به صورت دوغاب غلیظ و یا با سابیدن آن با یک مایع روغنی شکل و ویسکوز مانند نوجل (یک روغن پارافیلمی) و یا گریسهای کلروفروکربن به صورت مل درآورد.
- علاوه بر این، پودر جامد را می توان با نمک‌های مانند KBr مخلوط کرد و با دستگاه مخصوص آنها را تحت فشار بسیار بالا (حداقل psi 25000) پرس کرده و به صورت قرصهای شفاف با حداقل قطر 1 سانتی متر و ضخامت 1 – 2 میلی متر درآورد.
نمونه های مایع در مد عبوری
نمونه های مایع را میتوان بر روی دیسکهای نمکی ریخته و پس از تبخیر حلال، بین دو دیسک ساندویچ کرده و داخل دستگاه قرارداد. به طور کلی از تجزیه نمونه های جامد در مقایسه با نمونه های مایع، طیف های ظریف و یا کمی بدست نمیآید، بنابراین اگر امکان دارد باید از بکارگیری نمونه های جامد خودداری کرد.
مد انعکاسی
در مد انعکاسی (Attenuated Total Reflectance (ATR انرژی IR از درون یک کریستال انعکاس داخلی ( internal reflection crystal ) نظیر ZnSe ، Ge ، 5-KRS (مخلوط تالیم یدید و برمید) و الماس منتشر میشود. اگرچه پرتو فروسرخ داخل کریستال به طور کامل انعکاس داخلی می‌یابد، اما مقداری از امواج ناپایدار نیز بیرون سطح کریستال دیده میشوند. هر نمونه‌ای که در تماس نزدیک با سطح کریستال باشد میتواند انرژی فروسرخ را جذب و سبب کاهش انعکاس داخلی شده و آنرا تضعیف کند.
مزایای مد انعکاس داخلی
- سادگی
- سرعت بالا
- کمترین آماده‌سازی نمونه
- به سادگی نمونه در تماس با عنصر ATR قرار میگیرد
- فرایندی یک مرحله‌ای است
- به سادگی سل آن تمیز میشود
- طیفهای نوع انعکاسی به سادگی به طیفهای عبوری قابل تبدیل هستند
- از روش ATR میتوان برای جامدات، مایعات و فیلم‌ها استفاده کرد
- طیف سنجی فروسرخ انعکاسی هرجا که کارکردن با نمونه‌های جامد مشکل باشد نظیر فیلمهای پلیمری،غذا،محصولات کشاورزی و … کاربرد دارد
- طیفهای انعکاسی هم برای آنالیز کیفی و هم کمی قابل استفاده هستند
کاربرد امواج مادون قرمز در صنایع غذایی
از موارد کاربرد امواج مادون قرمز در صنایع غذایی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تحقیقات دارویی و تحقیقات قانونی
- آنالیز پلیمرها، آنالیز فرمولاسیون روان کننده ها و افزودنی های سوخت
- تحقیقات غذایی، کنترل و تضمین کیفیت
- آنالیز محیط زیست و کیفیت آب
- تحقیقات بیوشیمیایی و بیوپزشکی
- مطالعه پوششها و سورفکتانتها
مقایسه روش طیف سنجی مادون قرمز و طیف سنجی مرئی-فرابنفش
طیف سنجی مادون قرمز( FTIR) از نظر صحت و دقت در آنالیز کمی به خوبی طیف سنجی مرئی-فرابنفش( Vis-UV) نمی‌باشد. که از دلایل این محدودیت میتوان به موارد زیر اشاره کرد :
- داشتن طیفهای پیچیده تر
- داشتن پیکهای باریکتر که سبب انحراف از قانون بیر میشود
- وجود محدودیت‌های دستگاهی نظیر توان نور منبع کمتر، آشکارسازهای ضعیفتر
- دارا بودن طیف زمینه بیشتر در IR
- تغییر در ضریب جذب مولی
- سختی یکسان کردن سل نمونه و مرجع
دوست عزیز علم فودی شما میتونید علم فود رو از طریق اینستاگرام دنبال کنید?.(کلی مطالب متنوع و کاربردی برای مهندسان صنایع غذایی و همه عزیزانی که در زمینه صنعت غذا مشغول به فعالیت هستند).برای ورود به پیج اینستاگرام علم فود کافیه بر روی عکس زیر کلیک کنید:
