كيف يعمل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء؟

يمكن أن يكشف التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، المعروف أيضًا باسم التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، عن هياكل المركبات الكيميائية المرتبطة تساهميًا مثل المركبات العضوية. على هذا النحو ، بالنسبة للطلاب والباحثين الذين يصنعون هذه المركبات في المختبر ، تصبح أداة مفيدة للتحقق من نتائج التجربة. تمتص الروابط الكيميائية المختلفة ترددات مختلفة من الأشعة تحت الحمراء ، ويظهر التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء الاهتزازات عند تلك الترددات (تُعرض على شكل "أرقام موجية") اعتمادًا على نوع الرابطة.

يعمل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء كأداة مفيدة في صندوق أدوات الكيميائي لتحديد المركبات. إنه لا يعطي التركيب الدقيق للمركب ، ولكنه يعرض هوية المجموعات الوظيفية ، أو الشقوق ، في الجزيء - الأجزاء المختلفة لتكوين الجزيء. كأداة غير دقيقة ، يعمل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء بشكل أفضل عند استخدامه بالاقتران مع أشكال التحليل الأخرى مثل تحديد نقطة الانصهار.

في الكيمياء المهنية ، خرجت الأشعة تحت الحمراء عن الموضة إلى حد كبير ، واستبدلت بأساليب أكثر إفادة مثل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. لا يزال يتمتع بالاستخدام المتكرر في مختبرات الطلاب ، حيث يظل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء مفيدًا في تحديد الهوية الخصائص المهمة للجزيئات التي تم تصنيعها في التجارب المعملية للطلاب ، وفقًا لجامعة كولورادو بولدر.

بشكل عام ، يقوم الكيميائي بطحن عينة صلبة بمادة مثل بروميد البوتاسيوم (والتي ، كمادة أيونية مركب ، لا يظهر في مطيافية الأشعة تحت الحمراء) ويضعه في جهاز خاص للسماح لجهاز الاستشعار بالتألق من خلاله. في بعض الأحيان يخلط هو أو هي العينات الصلبة مع المذيبات مثل الزيت المعدني (مما يعطي قراءة محدودة ومعروفة في مطبوعات الأشعة تحت الحمراء) لاستخدام الطريقة السائلة ، والتي يتضمن وضع عينة بين لوحين من الملح المضغوط (كلوريد الصوديوم ، كلوريد الصوديوم) للسماح لضوء الأشعة تحت الحمراء بالتألق ، وفقًا لولاية ميشيغان جامعة.

عندما يضرب "ضوء" أو إشعاع الأشعة تحت الحمراء جزيء ما ، فإن الروابط في الجزيء تمتص طاقة الأشعة تحت الحمراء وتستجيب بالاهتزاز. بشكل عام ، يسمي العلماء الأنواع المختلفة من الاهتزازات بالثني أو التمدد أو التأرجح أو المقص.

وفقًا لميشيل شيربان-كلاين من جامعة ييل ، فإن مطياف الأشعة تحت الحمراء يحتوي على مصدر ونظام بصري وكاشف ومضخم صوت. المصدر يعطي الأشعة تحت الحمراء. يحرك النظام البصري هذه الأشعة في الاتجاه الصحيح ؛ يراقب الكاشف التغيرات في الأشعة تحت الحمراء ، ويحسن مكبر الصوت إشارة الكاشف.

تستخدم أجهزة قياس الطيف أحيانًا حزمًا مفردة من الأشعة تحت الحمراء ثم تقسمها إلى أطوال موجية مكونة ؛ تستخدم التصميمات الأخرى حزمتين منفصلتين وتستخدم الفرق بين تلك الحزم بعد مرور إحداها عبر العينة لإعطاء معلومات حول العينة. قامت مقاييس الطيف القديمة بتضخيم الإشارة بصريًا ، وتستخدم مقاييس الطيف الحديثة التضخيم الإلكتروني لنفس الغرض ، وفقًا لما ذكرته ميشيل شيربان كلاين من جامعة ييل.

يحدد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء الجزيئات بناءً على مجموعاتها الوظيفية. يمكن للكيميائي الذي يستخدم التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء استخدام جدول أو مخطط لتحديد هذه المجموعات. كل مجموعة وظيفية لها "رقم موجي" مختلف ، مدرج بالسنتيمتر العكسي ، ومظهر نموذجي - على سبيل المثال ، امتداد تحتل مجموعة O-H ، مثل تلك الموجودة في الماء أو الكحول ، قمة واسعة جدًا مع رقم موجي بالقرب من 3500 ، وفقًا لجامعة ولاية ميتشيغان. إذا كان المركب المركب لا يحتوي على أي مجموعات كحول (تعرف أيضًا باسم مجموعات الهيدروكسيل) ، فهذا يمكن أن تشير الذروة إلى الوجود غير المقصود للمياه في العينة ، وهو خطأ شائع للطالب في مختبر.