طیف سنجی مادون قرمز (Infrared Spectroscopy) یکی از پرکاربردترین روش‌های تحلیلی در علوم دارویی، شیمی، و زیست‌فناوری است. این تکنیک با استفاده از جذب یا بازتاب امواج مادون قرمز، اطلاعات ارزشمندی درباره ساختار مولکولی، گروه‌های عاملی، و خواص شیمیایی مواد فراهم می‌کند. طیف سنج مادون قرمز با تبدیل داده‌های دامنه فرکانس به دامنه زمان، امکان تحلیل دقیق و سریع نمونه‌ها را فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی تکنیک‌های مختلف طیف سنجی مادون قرمز، از جمله FTIR-ATR، FTIR-PAS، FTIR-Micro، و DRIFT، همراه با کاربردها و مزایای آن‌ها در علوم دارویی می‌پردازیم.
اصول طیف سنجی مادون قرمز
طیف سنجی مادون قرمز بر اساس جذب انرژی مادون قرمز توسط مولکول‌ها عمل می‌کند. این انرژی با حالت‌های ارتعاشی مولکول‌ها برهم‌کنش کرده و الگوهای جذبی منحصربه‌فردی ایجاد می‌کند که به‌عنوان “اثر انگشت مولکولی” شناخته می‌شود. این ویژگی امکان شناسایی ترکیبات شیمیایی، گروه‌های عاملی، و ناخالصی‌ها را فراهم می‌کند.
چرا طیف سنجی مادون قرمز مهم است؟
- دقت بالا: شناسایی دقیق گروه‌های عاملی و ترکیبات شیمیایی.
- غیرمخرب: امکان تحلیل نمونه‌ها بدون تخریب آن‌ها.
- کاربرد گسترده: از علوم دارویی تا پلیمرها و زیست‌فناوری.
تکنیک‌های اصلی طیف سنجی مادون قرمز
-
طیف سنجی مادون قرمز بازتاب داخلی کل (ATR-FTIR)
تکنیک ATR (Attenuated Total Reflection) از پدیده بازتاب داخلی کل برای تحلیل نمونه‌ها استفاده می‌کند. در این روش، پرتو مادون قرمز از کریستالی با ضریب شکست بالا (مانند الماس، ژرمانیوم، یا ZnSe) عبور کرده و در سطح تماس با نمونه منعکس می‌شود. این بازتاب اطلاعاتی درباره خواص سطحی نمونه ارائه می‌دهد.
مزایای ATR-FTIR
| مزیت | توضیح |
| نمونه‌برداری سریع | امکان تحلیل در چند ثانیه بدون نیاز به آماده‌سازی پیچیده. |
| غیرمخرب | مناسب برای نمونه‌های حساس مانند بافت‌های زیستی. |
| کاربرد گسترده | تحلیل مواد نیمه‌جامد، پلیمرها، فیلم‌ها، و مایعات. |
| نفوذ دارو | بررسی نفوذ دارو در پوست یا غشاهای مصنوعی. |
کاربردهای ATR-FTIR
- شناسایی مواد فعال دارویی در فرمولاسیون‌ها.
- بررسی نفوذ دارو در سیستم‌های بیولوژیکی.
- تحلیل ماکرومولکول‌ها و پلیمرها.
-
طیف سنجی مادون قرمز فتوآکوستیک (FTIR-PAS)
تکنیک FTIR-PAS (Photoacoustic Spectroscopy) بر اساس اثر فتوآکوستیک عمل می‌کند. در این روش، نور مادون قرمز مدوله‌شده توسط نمونه جذب شده و گرمای تولیدشده به‌صورت سیگنال صوتی در یک محفظه پر از گاز بی‌اثر (مانند هلیوم) ثبت می‌شود.
مزایای FTIR-PAS
- اندازه‌گیری مستقیم: امکان تحلیل محتوای مواد دارویی در قرص‌ها، پمادها، و کرم‌ها بدون آماده‌سازی.
- غیرتهاجمی: مناسب برای بررسی نفوذ دارو در پوست یا غشاهای مصنوعی.
- حساسیت بالا: تشخیص غلظت‌های پایین مواد فعال.
کاربردهای FTIR-PAS
- تعیین محتوای دارویی در فرمولاسیون‌های نیمه‌جامد.
- مطالعه نفوذ دارو در سیستم‌های بیولوژیکی.
- تحلیل مواد جامد و پودری بدون نیاز به حل کردن نمونه.
-
طیف سنجی مادون قرمز میکروسکوپی (FTIR-Micro)
تکنیک FTIR-Micro با ترکیب طیف سنج مادون قرمز و میکروسکوپ، امکان تحلیل نمونه‌های بسیار کوچک (در مقیاس میکرون) را فراهم می‌کند. پرتو مادون قرمز از نمونه عبور کرده و توسط آشکارساز MCT (Mercury Cadmium Telluride) تحلیل می‌شود.
ویژگی‌های FTIR-Micro
- دقت بالا: تحلیل نمونه‌های کوچک با رزولوشن بالا.
- تمرکز پرتو: استفاده از دیافراگم متغیر برای بهبود کیفیت داده‌ها.
- کاربرد در علوم دارویی: شناسایی ناخالصی‌ها و تحلیل ساختارهای پیچیده.
کاربردهای FTIR-Micro
- بررسی ناخالصی‌ها در مواد دارویی.
- تحلیل ساختار پلیمرها و ماکرومولکول‌ها.
- مطالعه بافت‌های زیستی در تحقیقات پزشکی.
-
طیف سنجی بازتاب پراکنده (DRIFT)
تکنیک DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform) برای تحلیل نمونه‌های پودری و جامد مناسب است. در این روش، نمونه با پودر پتاسیم برومید (KBr) مخلوط شده و پرتو مادون قرمز پس از بازتاب پراکنده تحلیل می‌شود.
مزایای DRIFT
- مناسب برای نمونه‌های پودری و جامد.
- امکان تحلیل سریع بدون نیاز به آماده‌سازی پیچیده.
- کاربرد در شناسایی ساختارهای شیمیایی پیچیده.
کاربردهای DRIFT
- تحلیل مواد دارویی در فرم جامد.
- بررسی افزودنی‌ها در پلیمرها.
- شناسایی ناخالصی‌ها در مواد خام.
کاربردهای طیف سنجی مادون قرمز در علوم دارویی
طیف سنجی مادون قرمز کاربردهای گسترده‌ای در علوم دارویی و شیمی دارد. در زیر به برخی از مهم‌ترین کاربردها اشاره شده است:
- تعیین محتوای دارویی: شناسایی و اندازه‌گیری مواد فعال در قرص‌ها، پمادها، و فرمولاسیون‌های نیمه‌جامد با استفاده از FTIR-PAS.
- شناسایی ترکیبات مجهول: تشخیص گروه‌های عاملی آلی و عناصر شیمیایی.
- تشخیص آلودگی‌ها: شناسایی ناخالصی‌های آلی مانند ذرات، پسماندها، و آلاینده‌ها.
- مشخصه‌یابی مواد: بررسی خواص شیمیایی و فیزیکی جامدات، پودرها، فیلم‌ها، و مایعات.
- مطالعات نفوذ دارو: تحلیل غیرتهاجمی نفوذ دارو در پوست یا غشاهای مصنوعی.
- بررسی خواص بازتابی و جذبی: تحلیل رفتار مواد در محدوده طول موج مادون قرمز.
- تشخیص بیماری: استفاده از FTIR برای شناسایی بافت‌های بیمار و تشخیص زودهنگام بیماری‌ها.
- مطالعات ایزوتوپی: بررسی ایزوتوپ‌های مختلف در ترکیبات شیمیایی.
- تحلیل افزودنی‌ها: شناسایی افزودنی‌ها در پلیمرها و مواد دارویی.
جدول مقایسه تکنیک‌های طیف سنجی مادون قرمز
| تکنیک | نوع نمونه | مزایا | کاربردها |
| ATR-FTIR | نیمه‌جامد، پلیمر، فیلم | غیرمخرب، بدون نیاز به آماده‌سازی | نفوذ دارو، تحلیل ماکرومولکول‌ها |
| FTIR-PAS | قرص، پماد، جامد | غیرتهاجمی، حساسیت بالا | تعیین محتوای دارویی، نفوذ دارو |
| FTIR-Micro | نمونه‌های میکروسکوپی | دقت بالا، رزولوشن بالا | تحلیل ناخالصی‌ها، بافت‌های زیستی |
| DRIFT | پودر، جامد | تحلیل سریع، ساده | شناسایی ساختارهای شیمیایی |
پیشرفت‌های اخیر در طیف سنجی مادون قرمز
اخیراً، طیف سنجی مادون قرمز به‌عنوان ابزاری قدرتمند برای تشخیص بیماری‌ها و تحلیل بافت‌های زیستی مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات نشان داده‌اند که این تکنیک می‌تواند در تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی مانند سرطان و بیماری‌های متابولیک مفید باشد. همچنین، پیشرفت در فناوری‌های تصویربرداری FTIR، مانند تصویربرداری طیفی، امکان تحلیل دقیق‌تر نمونه‌های زیستی را فراهم کرده است.
منابع
- Wartewiga S, Neubert RHH. Pharmaceutical applications of Mid-IR and Raman spectroscopy. Advanced Drug Delivery Reviews, 2005, 57, 1144–1170.
- Stuart B. Polymers: Infrared Spectroscopy Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, Ltd., 2004, 113-134.
- Willard HH, et al. Infrared Spectrometry. Instrumental Methods of Analysis, 7th ed., CBS Publishers, 302-305, 311-313.
- Schmitt J, Flemming HC. FTIR-spectroscopy in microbial and material analysis. International Biodeterioration & Biodegradation, 1998, 41, 1-11.
- Neubert R, et al. Direct Determination of Drug Content in Semisolid Formulations Using Step-Scan FT-IR Photoacoustic Spectroscopy. Pharmaceutical Research, 1997, 14(7), 946.
- Watkinson AC, et al. Measurement of diffusional parameters in membranes using ATR-FTIR spectroscopy. International Journal of Cosmetics Science, 2007, 16(5), 199-210.
- Hanh BD, et al. Drug penetration as studied by noninvasive methods. Journal of Pharmaceutical Science, 2000, 89(9), 1106-13.
- Kazarian SG, Chan KLA. Applications of ATR-FTIR spectroscopic imaging to biomedical samples. Biochimica et Biophysica Acta, 2006, 1758, 858–867.
