روش‌های آنالیز صنعتی
طبقه بندی و انواع عملیات حرارتی
آنالیز مواد صنعتی، فرآیند تجزیه و تحلیل مواد پیشرو در ابزارهای آزمایشگاهی و تحلیلی پیشرفته است. که توسط دانشگاه، دولت و صنعت، به منظور انجام تجزیه و تحلیل عناصر و تحقیقات نانوتکنولوژی مواد و با هدف تضمین کیفیت محصولات تولیدی، انجام می‌شود. شایان ذکر است که متدهای و روش‌های آنالیز صنعتی محدود به یک روش خاصی نبوده و در طبقه بندی‌های مختلفی می‌توان این روش ها را مورد بحث و بررسی قرار داد. در ادامه دو نمونه از رایج‌ترین طبقه‌بندی‌های صورت گرفته در حوزه آنالیز صنعتی به طور مشروح بیان می‌شود. در همین راستا، پیشنهاد می‌شود جهت کسب آگاهی بیشتر در حوزه انواع تکنیک‌های آنالیز صنعتی، تا انتهای مطلب، همراه ما باشید.
طبقه اول: روش‌های آنالیز صنعتی بر اساس سه متد عنصری، فازی و زیرساختاری
آنالیز عنصری
یکی از مهم‌ترین روش‌های آنالیز صنعتی، متد آنالیز عنصری است. این روش، فرآیندی است که در آن نمونه‌ای از برخی مواد (مانند فرو سیلیس، فرو منگنز، فرو سیلیکو منگنز) از نظر ترکیب عنصری و گاهی ایزوتوپی، تجزیه و تحلیل می شود. لازم به ذکر است که تجزیه و تحلیل عنصری می‌تواند کیفی(تعیین اینکه چه عناصری وجود دارند) و یا کمی (تعیین اینکه چه مقدار از هر عنصر وجود دارد) باشد.
آنالیز فازی
در این نوع از روش‌های آنالیز صنعتی که به آن آنالیز معدنی نیز گفته می‌شود، آنچه که مدنظر قرار می‌گیرد، کانی‌های موجود در یک ماده و یا ساختار کریستالی آن است.
آنالیز زیر ساختاری
در آنالیز زیرساختاری که به آن، آنالیز میکروسکوپی نیز گفته می‌شود، آنچه که مدنظر قرار می‌گیرد بررسی شکل، اندازه و همچنین توزیع فازهاست. شایان ذکر است که این ویژگی‌ها بر خواص نهایی یک ماده، اثر قابل توجهی اعمال می‌کنند.
آنالیز حرارتی
در این نوع از آنالیز صنعتی، خواص و ویژگی‌های یک نمونه بر اساس تغییرات دما مورد سنجش قرار می‌گیرد. به بیانی دیگر، در این تکنیک، خواصی از مواد که تابعی از دما بوده و با تغییر دما، تغییر می‌یابد، مورد بررسی قرار می‌گیرد. لازم به توضیح است که در صورت گرم شدن یک ماده، ساختار آن نیز دچار تغییر و تحولاتی همچون بلوری شدن، ذوب شدن و... هست و در صورت اعمال درجه حرارت بیشتر، ترکیب شیمیایی ماده دچار تغییراتی همچون تجزیه، اکسیداسیون و... می‌شود. این تغییرات را می‌توان با استفاده از متدهای مختلف آنالیز حرارتی، مشخصه یابی نمود. آنالیز حرارتی DTA و آنالیز حرارتی TGA را می‌توان دو نمونه از رایج‌ترین انواع آنالیز حرارتی به شمار آورد که در ادامه به طور مختصر به شرح این دو روش پرداخته می‌شود:
آنالیز حرارتی DTA
در این نوع از آنالیز حرارتی، آنچه که مدنظر قرار می‌گیرد، بررسی تغییرات جرم یک ماده در اثر تغییرات دمایی است. شایان ذکر است که در این روش، تغییرات وزنی توسط یک ترازو و ابزار سنجش بسیار دقیق مورد سنجش قرار می‌گیرد. در این نوع از آنالیز می‌توان مواردی همچون میزان از دست دادن آب، اکسیداسیون، از دست دادن پلاستی سایزر، مقدار کاتالیزور فلزی باقیمانده و... را تعیین نمود. تمام این اطلاعات را می‌توان با گرم کردن ماده حاصل کرد. البته انواع دیگری از اطلاعات نیز وجود دارند که تنها در حالت سرد و خنک شدن نمونه حاصل می‌شوند.
آنالیز حرارتی TGA
در این متد از روش‌های آنالیز صنعتی که رایج ترین روش آنالیز حرارتی نیز به شمار می‌رود، آنچه که مدنظر است، تطبیق دمای نمونه هدف با دمای یک نمونه مرجع خنثی می‌باشد. لازم به ذکر است که در این نوع از آنالیز حرارتی، عمدتا از آلومینا و یا منیزیم اکسید به‌عنوان نمونه مرجع خنثی استفاده می‌شود.
طبقه دوم: روش‌های آنالیز صنعتی بر اساس نحوه عملکرد
روش‌های آنالیز صنعتی میکروسکوپی
آنالیز میکروسکوپی، متدی است که در آن، با استفاده از انواع میکروسکوپ‌های مختلف، طیف متنوعی از اطلاعات در زمینه ترکیب و ساختار مواد در اختیار محقق قرار می‌گیرد. به بیان دیگر، این متد از روش‌های آنالیز صنعتی، مبتنی‌بر استفاده از میکروسکوپ و تصاویر با بزرگنمایی بسیار بالا از ماده است. شایان ذکر است که در این روش، کیفیت تصاویر ثبت شده بسته به قدرت و توان میکروسکوپ متفاوت است. به‌عنوان مثال، میکروسکوپ‌های نوری از قدرت تفکیکی در حدود یک میکرومتر برخوردار است؛ در حالی که در میکروسکوپ‌های الکترونی و یونی این میزان به طور حدودی برابر با یک آنگستروم است. به نمونه‌ای از روش‌های میکروسکوپی می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
- AFM
- SRM
- FIB
- SEM
- SNOM
- MFM
در نظر داشته باشید که یک آنالیز صنعتی میکروسکوپی کارآمد، نیازمند تجهیزات و ابزارهای بسیار دقیقی است.
روش های مبتنی بر پراش
یکی از مهم‌ترین مشخصات تابش الکترونیکی، پراش است که موجب منحرف شدن تابش الکترومغناطیس به هنگام عبور از یک روزنه و یا لبه می‌شود. شایان ذکر است ک اثرات پراش اشعه با کاهش ابعاد روزنه بیشتر می‌شود. در این روش، با استفاده از پراش نوترون، اشعه ایکس و یا الکترون و همچنین اثر برخورد آن‌ها با ماده می‌توان ابعاد کریستالی ماده هدف را مورد سنجش قرار داد. در نظر داشته باشید که هر یک از نوترون‌ها و الکترون‌ها، از خواص موجی مختص به خود برخوردار بوده و میزان طول موج آن‌ها نیز تابعی از انرژی آن‌ها می‌باشد. لازم به توضیح است که هر یک از این پراش‌ها، از نظر برخی خواص همچون عمق نفوذ در ماده، متفاوت است. به این صورت که عمق نفوذ نوترون از عمل نفوذ الکترون و اشعه ایکس بیشتر بوده و همچنین عمق نفوذ اشعه ایکس از الکترون بیشتر است. روش‌های سنتز XRD و XRF را می‌توان نمونه‌ای از روش‌های آنالیز صنعتی مبتنی بر پراش دانست.
روش های طیف سنجی
روش طیف سنجی، بیانگر استفاده از جذب، انتشار و همچنین پراش امواج الکترومغناطیس توسط مولکول‌ها و اتم‌ها است. در این روش، اصابت و برخورد یک تابش با ماده ممکن است به تغییر سطح انرژی مولکول‌ها و اتم‌های یک ماده و یا تغییر جهت تابش منجر شود. فرایند انتقال انرژی از تراز بالا به تراز پایین، نشر و انتقال آن از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر، جذب نام می‌گیرد. شایان ذکر است که تغییر جهت تابش در اثر برخورد با ماده نیز منجر به پراش تابش می‌گردد. در ادامه به برخی از روش‌های طیف سنجی آنالیز صنعتی، پرداخته می‌شود:
- RAMAN
- RBS
- NMR
- SMIS
- FTIR
طیف سنجی جرمی
در این متد از روش‌های آنالیز صنعتی، جهت آنالیز صنعتی مواد از رویکرد تفاوت نسبت جرم به بار مولکول‌ها و اتم‌ها، استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که عملکرد کلی آنالیز صنعتی مبتنی بر روش طیف سنجی را می‌توان به شرح زیر ارائه داد:
- تولید یون‌های گازی
- جدا کردن یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار
- سنجش مقدار یون‌ها از طریق نسبت جرم به بار ثابت
روش های جداسازی
اهمیت این متد از روش‌های آنالیز صنعتی، هنگامی بیشتر می‌شود که نمونه مورد نظر حاوی چند جز و عنصر ناشناخته باشد. در این حالت، ابتدا باید عناصر از همه جدا شده و سپس ماهیت آن‌ها توسط روش‌های آنالیز صنعتی مورد بررسی قرار گیرند. در نظر داشته باشید که فرایند جداسازی نمونه، بر اساس معیار تفاوت در مشخصات و خواص شیمیایی و فیزیکی نمونه صورت می‌پذیرد. به نمونه‌ای از خواص فیزیکی مورد استفاده در فرایند جداسازی عناصر می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- چگالی
- اندازه
- حالت ماده
از نظر خواص شیمیایی مدنظر در جداسازی عناصر نیز می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
- فشار بخار
- حلالیت نقطه جوش
در نهایت لازم به ذکر است که روش‌های جداسازی آنالیز صنعتی شامل GC و HPLC هستند.
تحلیل نهایی
انتخاب روش مناسب آنالیز صنعتی به عوامل متعددی مانند نوع ماده، هدف آنالیز، دقت مورد نیاز و هزینه‌ها بستگی دارد. برای مثال، در صنایعی مانند متالورژی و نانوتکنولوژی، ترکیبی از روش‌های میکروسکوپی و پراش (مانند SEM و XRD) برای بررسی ریزساختارها ضروری است، در حالی که در صنایع شیمیایی و دارویی، طیف‌سنجی و روش‌های جداسازی ( مانند HPLC) کاربرد بیشتری دارند.
همچنین، پیشرفت فناوری‌های آنالیز، امکان شناسایی مواد در مقیاس نانو و بهبود کیفیت محصولات نهایی را فراهم کرده است. در آینده، ادغام هوش مصنوعی و یادگیری ماشین با این روش‌ها می‌تواند دقت و سرعت آنالیزها را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. در نتیجه، آگاهی از این تکنیک‌ها نه‌تنها برای پژوهشگران، بلکه برای صنعتگران و مهندسان نیز امری ضروری محسوب می‌شود.
