สเปกโทรสโกปีประยุกต์คือการประยุกต์ใช้ วิธีการ ทางสเปกโทรสโกปีต่างๆ เพื่อตรวจจับและระบุธาตุหรือสารประกอบ ต่างๆ เพื่อแก้ปัญหาในสาขาต่างๆ เช่นนิติวิทยาศาสตร์การแพทย์อุตสาหกรรมน้ำมันเคมีบรรยากาศและเภสัชวิทยา

วิธีการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีที่ใช้กันทั่วไปคือสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม (FTIR) ซึ่งสามารถตรวจจับพันธะเคมีได้ผ่านความถี่หรือความยาวคลื่นการดูดซับอินฟราเรดเฉพาะตัว^{[ 1 ]} ลักษณะการดูดซับ เหล่านี้ทำให้เครื่องวิเคราะห์อินฟราเรดเป็นเครื่องมือที่มีค่าอย่างยิ่งในด้านธรณีวิทยา วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และวิทยาศาสตร์บรรยากาศ ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบก๊าซในบรรยากาศได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ซึ่งสามารถแยกแยะระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์มีเทนคาร์บอนมอนอกไซด์ออกซิเจนและไนตริกออกไซด์ ได้ ^{[ 2 ]}สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างได้ 3 ประเภท ได้แก่ สารละลาย ( KBr ) ผง หรือฟิล์ม^{[ 3 ]} ฟิล์มแข็งเป็นหนึ่งในประเภทตัวอย่างที่ง่ายและตรงไปตรงมา ที่สุด ในการทดสอบ^{[ 3 ]}

การใช้สเปกโทรสโกปีรามานกำลังเพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะทางมากขึ้น สเปกโทรสโกปีรามานเป็นอีกเทคนิคหนึ่งที่สามารถใช้ในเชิงปริมาณและระบุสารวิเคราะห์ เช่นสารประกอบอนิ นทรีย์ แร่ธาตุ เม็ดสีสังเคราะห์และธรรมชาติ และคาร์โบไฮเดรต^{[ 4 ]}ข้อดีอย่างหนึ่งของรามานเหนือสเปกโทรสโกปี IR คือ น้ำไม่ดูดซับอย่างรุนแรงในรามานและช่วยให้วิเคราะห์ตัวอย่างน้ำได้ง่ายขึ้น ^{[ 5 ]}

นอกจากนี้ยังมีวิธีการอนุพันธ์ เช่นกล้องจุลทรรศน์อินฟราเรดซึ่งช่วยให้สามารถวิเคราะห์พื้นที่ขนาดเล็กมากในกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลได้ ^{[ 6 ]}

สเปกโทรสโกปีอัลตราไวโอเลต-วิสิเบิล (UV-vis) ใช้ในกรณีที่สารวิเคราะห์มีการดูดกลืนแสงอย่างรุนแรงในช่วง UV หรือในช่วงที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสารวิเคราะห์ดังกล่าวเรียกว่าโครโมฟ อร์ ซึ่งรวมถึงกลุ่มอะโรมาติกระบบพันธะ คอนจูเกต กลุ่มคาร์บอนิลและอื่นๆ^{[ 7 ]}ตัวอย่าง UV-vis โดยทั่วไปจะเป็นของเหลวหรือสารละลาย และตัวอย่างเหล่านี้จะถูกวางไว้ในเซลล์ตัวอย่างที่เรียกว่าคิวเวตต์^{[ 8 ]}สเปกโทรสโกปี UV-vis ใช้ในการจำแนกลักษณะและการประยุกต์ใช้เชิงปริมาณ ซึ่งสามารถกำหนดค่าการดูดกลืนแสงโมลาร์ของสารวิเคราะห์หรือกำหนด ความเข้มข้นของตัวอย่างได้^{[ 9 ]}

สเปกโทรสโกปีนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สามารถใช้ในการระบุสารประกอบโดยการตรวจจับอะตอมไฮโดรเจน ( โปรตอน NMR ) ^{[ 10 ]}หรืออะตอมอื่นๆ เช่น คาร์บอน ( คาร์บอน-13 NMR ) ^{[ 11 ]}ในสภาพแวดล้อมเฉพาะNMR สองมิติยังใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้ข้อมูลเพิ่มเติมที่ NMR หนึ่งมิติไม่สามารถให้ได้^{[ 12 ]}การทดลอง NMR สองมิติทั่วไป ได้แก่COSY , NOESY , TOCSYและHSQC NMR ยังสามารถใช้ในเชิงปริมาณในการกำหนดความเข้มข้นสัมพัทธ์ของสารวิเคราะห์ในสารละลายหรือในการกำหนดความบริสุทธิ์ของสารวิเคราะห์^{[ 10 ]}ตัวอย่าง NMR จะถูกเตรียมในหลอด NMR โดยที่สารละลายจะทำจากตัว ทำละลายล็อกที่มีดิวเทอเรียม ตัวทำละลายดังกล่าว ได้แก่-DMSO , CDClและD O ^{[ 13 ]}เมื่อเตรียมตัวอย่าง NMR ประเภทของการทดลองถือเป็นปัจจัยสำคัญในการเตรียมตัวอย่างและการตั้งค่าพารามิเตอร์การทดลอง เช่นตัวอย่าง NMR จำเป็นต้องมีความเข้มข้นมากกว่าNMR เนื่องจากNMR มีความไวน้อยกว่าNMR ^{[ 11 ]}${\displaystyle d_{6}}$${\displaystyle _{3}}$${\displaystyle _{2}}$${\displaystyle ^{13}C}$${\displaystyle ^{1}H}$${\displaystyle ^{13}C}$${\displaystyle ^{1}H}$

วิธี การวิเคราะห์ธาตุวิธีหนึ่งที่สำคัญในการวิเคราะห์ทางนิติวิทยาศาสตร์คือสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน (EDX) ที่ดำเนินการในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนสิ่งแวดล้อม (ESEM) ^{[ 14 ]}วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์รังสีเอกซ์ที่กระเจิงกลับจากตัวอย่างอันเป็นผลมาจากการโต้ตอบกับลำแสงอิเล็กตรอน^{[ 15 ]} EDX แบบอัตโนมัติยังถูกนำไปใช้ในเทคนิค แร่ธาตุวิทยาแบบอัตโนมัติหลากหลายวิธีสำหรับการระบุและการทำแผนที่พื้นผิว

ในวิธีการทางสเปกโทรสโกปีหลายวิธี ตัวอย่างมักจะต้องอยู่ในรูปสารละลาย ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาในการวิเคราะห์ตัวอย่างบางชนิด ในระหว่างการตรวจสอบทางนิติวิทยาศาสตร์ นี่อาจเป็นปัญหาเพราะจำเป็นต้องเก็บตัวอย่างของแข็งจากวัตถุที่จะตรวจสอบ

สเปกโทรสโกปี เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) มีการใช้งานมากมายใน อุตสาหกรรม การแพทย์และเภสัชกรรมการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) เป็นการประยุกต์ใช้ NMR ที่สำคัญ โดย MRI เป็นเครื่องมือที่ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ ใช้กันอย่างแพร่หลาย ในการตรวจสอบและวินิจฉัยโรคของผู้ป่วย^{[ 16 ]}ในอุตสาหกรรมยา การระบุและการประเมินความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เป็นงานสำคัญในการค้นพบ การผลิต และการจัดจำหน่ายยา^{[ 17 ]} NMR และสเปกโทรสโกปีเรโซแนนซ์พาราแมกเนติกอิเล็กตรอน (EPR) มีประโยชน์อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมยาในการปรับปรุงการค้นพบ การพัฒนา และการ ผลิต ยา เช่น ยา โมเลกุลขนาดเล็กสารชีวภาพที่ซับซ้อน และการบำบัดด้วยเซลล์และยีน^{[ 18 ]}

สเปกโทรสโกปีมีเครื่องมือมากมายที่สามารถใช้ใน การวิเคราะห์ เชิงปริมาณและเชิงคุณภาพการเลือกเทคนิคเฉพาะขึ้นอยู่กับประเภทของการทดลองและตัวอย่างที่กำลังวิเคราะห์ FT-IR มีประโยชน์ในการศึกษาการประมวลผลพอลิเมอร์ในการสกัด การอบแห้งการ ชุบการย้อมสีและการผสม ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ เช่น การใช้คาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวดกับPVME , PS , PEG / PVP , PEO / PMMAและPET ^{[ 19 ]}

UV-vis ยังสามารถช่วยกำหนดคุณสมบัติบางอย่างของพอลิเมอร์ที่สนใจได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น สเปกโทรสโกปี UV-Vis สามารถใช้เป็นวิธีการทางเลือกแทนGPCในการกำหนดน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย M _nของพอลิเมอร์ที่มีโครโมฟอร์ติดอยู่ (เช่นฟลูออรีน^{[ 20 ]} ) ซึ่งสังเคราะห์โดยATRP M _nถูกกำหนดโดยใช้การวัดการดูดกลืนแสงของพอลิเมอร์ที่ติดฉลากโครโมฟอร์^{[ 20 ]}และ สมการ กฎของเบียร์-แลมเบิ ร์ต :

${\displaystyle A=\epsilon c\ell }$

โดยที่ A คือค่าการดูดกลืนแสง ε คือค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงโมลาร์ c คือความเข้มข้นของตัวอย่าง และ l คือความยาวเส้นทางของตัวอย่าง^{[ 21 ]}

UV-Vis และสมการกฎของ Beer-Lamber ยังสามารถใช้เพื่อหาปริมาณตัวแทนการถ่ายโอนโซ่ที่ใช้ในRAFTและกำหนด M _nของพอลิเมอร์ที่สนใจ^{[ 22 ]}นั่นคือหากตัวแทนการถ่ายโอนโซ่ดูดซับในช่วง UV-vis

สามารถใช้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดในการติดตามกลไก การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ได้หลายอย่างเช่นการเสื่อมสภาพจากรังสียูวีและการออกซิเดชัน รวมถึงกลไกความเสียหายอื่นๆ อีกมากมาย

พอลิเมอร์หลายชนิดถูกทำลายโดยรังสี UVณ จุดที่เปราะบางในโครงสร้างสายโซ่ เช่นโพลีโพรพีลีนจะแตกร้าวอย่างรุนแรงเมื่อโดนแสงแดด เว้นแต่ จะเติม สารต้านอนุมูลอิสระ จุดที่ถูกทำลายคืออะตอมคาร์บอนตติยภูมิที่มีอยู่ในทุกหน่วยซ้ำ ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและในที่สุดก็ทำให้สายโซ่ขาดโพลีเอทิลีนก็ไวต่อการเสื่อมสภาพจากรังสี UV เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งชนิดที่เป็นพอลิเมอร์แบบแตกแขนง เช่นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจุดแตกแขนงคืออะตอมคาร์บอนตติยภูมิ ดังนั้นการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์จึงเริ่มต้นที่นั่นและส่งผลให้สายโซ่ขาดและเปราะ ในตัวอย่างที่แสดงทางด้านซ้าย กลุ่มคาร์บอนิลสามารถตรวจพบได้ง่ายด้วยสเปกโทรสโกปี IR จากฟิล์มบางที่หล่อขึ้น ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวคือกรวยจราจรที่แตกร้าวระหว่างการใช้งาน และกรวยที่คล้ายกันอีกหลายอันก็เสียหายเช่นกันเนื่องจากไม่ได้ใช้สารเติมแต่งป้องกันรังสี UV

พอลิเมอร์มีความอ่อนไหวต่อการโจมตีของออกซิเจน ในบรรยากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงที่พบระหว่างกระบวนการขึ้นรูป วิธีการแปรรูปหลายวิธี เช่นการอัดรีดและการฉีดขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการปั๊มพอลิเมอร์หลอมเหลวเข้าไปในเครื่องมือ และอุณหภูมิสูงที่จำเป็นสำหรับการหลอมเหลวอาจส่งผลให้เกิดการออกซิเดชันได้ เว้นแต่จะมีการระมัดระวัง ตัวอย่างเช่น ไม้ค้ำยันแขนหักกะทันหันและผู้ใช้ได้รับบาดเจ็บสาหัสจากการล้ม^{[ 24 ]}ไม้ค้ำยันหักตรงส่วนที่เป็นโพลีโพรพีลีนภายในท่ออะลูมิเนียมของอุปกรณ์ และการวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปี IR ของวัสดุแสดงให้เห็นว่าเกิดการออกซิเดชัน ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการขึ้นรูปที่ไม่ดี

โดยทั่วไป การตรวจจับปฏิกิริยาออกซิเดชันค่อนข้างง่าย เนื่องจากหมู่คาร์บอนิลมีการดูดกลืนแสงสูงในสเปกตรัมของพอลิโอเลฟินพอลิโพรพิลีนมีสเปกตรัมที่ค่อนข้างเรียบง่าย โดยมีพีคเพียงไม่กี่จุดที่ตำแหน่งคาร์บอนิล (เช่นเดียวกับพอลิเอทิลีน) ปฏิกิริยาออกซิเดชันมักเริ่มต้นที่อะตอมคาร์บอนตติยภูมิ เนื่องจากอนุมูลอิสระในบริเวณนี้มีความเสถียรมากกว่า จึงคงอยู่ได้นานกว่าและถูกออกซิเจนเข้าโจมตี หมู่คาร์บอนิลสามารถถูกออกซิไดซ์ต่อไปจนทำให้สายโซ่ขาด ส่งผลให้วัสดุอ่อนแอลงโดยการลดน้ำหนักโมเลกุลและรอยแตกจะเริ่มเกิดขึ้นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบ

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างพันธะคู่และโอโซนเรียกว่าโอโซโนไลซิสเมื่อโมเลกุลของก๊าซหนึ่งโมเลกุลทำปฏิกิริยากับพันธะคู่^{[ 25 ]} :

ผลที่เกิดขึ้นทันทีคือการก่อตัวของโอโซไนด์ซึ่งจะสลายตัวอย่างรวดเร็วจนพันธะคู่ถูกตัดออก นี่คือขั้นตอนสำคัญในการแตกของโซ่เมื่อพอลิเมอร์ถูกโจมตี ความแข็งแรงของพอลิเมอร์ขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลของโซ่หรือระดับของพอลิเมอไรเซชันยิ่งความยาวของโซ่มากเท่าไร ความแข็งแรงเชิงกล (เช่นความแข็งแรงดึง ) ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อโซ่ถูกตัด น้ำหนักโมเลกุลจะลดลงอย่างรวดเร็ว และถึงจุดหนึ่งที่ความแข็งแรงลดลงจนแทบไม่มีเลย และเกิดรอยแตกขึ้น การโจมตีเพิ่มเติมเกิดขึ้นที่พื้นผิวรอยแตกที่เพิ่งเปิดใหม่ และรอยแตกจะเติบโตอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งครบวงจร และผลิตภัณฑ์จะแยกออกจากกันหรือเสียหาย ในกรณีของซีลหรือท่อ^{[ 26 ]}ความเสียหายจะเกิดขึ้นเมื่อผนังของอุปกรณ์ถูกเจาะ

หมู่ปลายคาร์บอนิลที่เกิดขึ้นมักจะเป็นอัลดีไฮด์หรือคีโตนซึ่งสามารถถูกออกซิไดซ์ต่อไปเป็นกรดคาร์บอกซิลิกได้ผลลัพธ์สุทธิคือความเข้มข้นของออกซิเจนธาตุสูงบนพื้นผิวรอยแตก ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยใช้ EDX ใน ESEM ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการตรวจสอบการแตกร้าวจากโอโซนของซีลไดอะแฟรมในโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ได้มีการบันทึกสเปกตรัม EDX สองชุด สเปกตรัม EDX ของพื้นผิวรอยแตกแสดงยอดออกซิเจนสูงเมื่อเทียบกับ ยอด กำมะถัน คงที่ ใน ทางตรงกันข้าม สเปกตรัม EDX ของพื้นผิวอีลาสโตเมอร์ที่ไม่ได้รับผลกระทบแสดงยอดออกซิเจนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับยอดกำมะถัน