Wie funktioniert IR-Spektroskopie?

Infrarotspektroskopie, auch IR-Spektroskopie genannt, kann die Strukturen kovalent gebundener chemischer Verbindungen wie organischer Verbindungen aufdecken. Als solches wird es für Studenten und Forscher, die diese Verbindungen im Labor synthetisieren, zu einem nützlichen Werkzeug, um die Ergebnisse eines Experiments zu überprüfen. Verschiedene chemische Bindungen absorbieren verschiedene Infrarotfrequenzen, und die Infrarotspektroskopie zeigt je nach Art der Bindung Schwingungen bei diesen Frequenzen (angezeigt als "Wellenzahlen").

Infrarotspektroskopie dient als ein nützliches Werkzeug im Werkzeugkasten des Chemikers zur Identifizierung von Verbindungen. Es gibt nicht die genaue Struktur einer Verbindung an, sondern zeigt eher die Identität der funktionellen Gruppen oder Einheiten in einem Molekül - die verschiedenen Segmente der Molekülzusammensetzung. Als ein solches ungenaues Werkzeug funktioniert die IR-Spektroskopie am besten, wenn sie in Verbindung mit anderen Analyseformen wie der Schmelzpunktbestimmung verwendet wird.

In der professionellen Chemie ist IR weitgehend aus der Mode gekommen und wurde durch informativere Methoden wie die NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanz) ersetzt. Es wird immer noch häufig in Schülerlaboren verwendet, da die IR-Spektroskopie weiterhin nützlich bei der Identifizierung ist wichtige Eigenschaften von Molekülen, die in Studentenlaborexperimenten synthetisiert wurden, laut Colorado University Felsblock.

Im Allgemeinen mahlt der Chemiker eine feste Probe mit einer Substanz wie Kaliumbromid (das als ionisches Verbindung, zeigt sich nicht in der IR-Spektroskopie) und legt es in ein spezielles Gerät, damit der Sensor leuchten kann durch. Manchmal mischt sie oder er feste Proben mit Lösungsmitteln wie Mineralöl (was einen begrenzten, bekannten Messwert im IR-Ausdruck ergibt), um die Flüssigmethode zu verwenden, die Laut Michigan State wird eine Probe zwischen zwei Platten mit gepresstem Salz (NaCl, Natriumchlorid) gelegt, damit das Infrarotlicht durchscheinen kann Universität.

Wenn Infrarot-"Licht" oder -Strahlung auf ein Molekül trifft, absorbieren die Bindungen im Molekül die Energie des Infrarots und reagieren mit Schwingungen. Allgemein werden die verschiedenen Arten von Schwingungen als Biegen, Dehnen, Schaukeln oder Scheren bezeichnet.

Laut Michele Sherban-Kline von der Yale University hat ein IR-Spektrometer eine Quelle, ein optisches System, einen Detektor und einen Verstärker. Die Quelle gibt Infrarotstrahlen ab; das optische System bewegt diese Strahlen in die richtige Richtung; der Detektor beobachtet Veränderungen der Infrarotstrahlung und der Verstärker verbessert das Detektorsignal.

Manchmal verwenden Spektrometer einzelne Infrarotstrahlen und teilen sie dann in Komponentenwellenlängen auf; andere Designs verwenden zwei separate Strahlen und verwenden die Differenz zwischen diesen Strahlen, nachdem einer die Probe passiert hat, um Informationen über die Probe zu geben. Altmodische Spektrometer verstärkten das Signal optisch, und moderne Spektrometer verwenden für den gleichen Zweck eine elektronische Verstärkung, so Michele Sherban-Kline von der Yale University.

Die IR-Spektroskopie identifiziert Moleküle anhand ihrer funktionellen Gruppen. Der Chemiker, der IR-Spektroskopie verwendet, kann eine Tabelle oder ein Diagramm verwenden, um diese Gruppen zu identifizieren. Jede funktionelle Gruppe hat eine andere 'Wellenzahl', die in inversen Zentimetern aufgeführt ist, und ein typisches Erscheinungsbild – zum Beispiel die Dehnung von an Die OH-Gruppe, wie die von Wasser oder Alkohol, nimmt laut Michigan State University einen sehr breiten Peak mit einer Wellenzahl nahe 3500 ein. Wenn die synthetisierte Verbindung keine Alkoholgruppen (auch als Hydroxylgruppen bezeichnet) enthält, ist dies Peak kann auf das versehentliche Vorhandensein von Wasser in der Probe hinweisen, ein häufiger Schülerfehler in der Labor.