Πώς λειτουργεί η Φασματοσκοπία IR;

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία, επίσης γνωστή ως IR φασματοσκοπία, μπορεί να αποκαλύψει τις δομές ομοιοπολικά συνδεδεμένων χημικών ενώσεων όπως οργανικές ενώσεις. Ως εκ τούτου, για μαθητές και ερευνητές που συνθέτουν αυτές τις ενώσεις στο εργαστήριο, καθίσταται χρήσιμο εργαλείο για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων ενός πειράματος. Διαφορετικοί χημικοί δεσμοί απορροφούν διαφορετικές συχνότητες υπέρυθρων, και η υπέρυθρη φασματοσκοπία δείχνει δονήσεις σε αυτές τις συχνότητες (εμφανίζονται ως «αριθμοί κύματος») ανάλογα με τον τύπο του δεσμού.

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμεύει ως ένα χρήσιμο εργαλείο στην εργαλειοθήκη του χημικού για τον προσδιορισμό των ενώσεων. Δεν δίνει την ακριβή δομή μιας ένωσης, αλλά δείχνει την ταυτότητα των λειτουργικών ομάδων ή τμημάτων, σε ένα μόριο - τα διαφορετικά τμήματα της σύνθεσης του μορίου. Ως τέτοιο ανακριβές εργαλείο, η φασματοσκοπία υπερύθρων λειτουργεί καλύτερα όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλες μορφές ανάλυσης όπως ο προσδιορισμός σημείου τήξεως.

Στην επαγγελματική χημεία, το IR έχει ξεπεράσει σε μεγάλο βαθμό τη μόδα, αντικαταστάθηκε από πιο ενημερωτικές μεθόδους όπως η φασματοσκοπία NMR (πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός). Απολαμβάνει ακόμη συχνή χρήση σε φοιτητικά εργαστήρια, καθώς η φασματοσκοπία υπερύθρων παραμένει χρήσιμη για την αναγνώριση σημαντικά χαρακτηριστικά των μορίων που συντίθενται σε πειράματα εργαστηριακών φοιτητών, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Ογκόλιθος.

Γενικά, ο χημικός αλέθει ένα στερεό δείγμα με μια ουσία όπως το βρωμιούχο κάλιο (το οποίο, ως ιοντικό σύνθετο, δεν εμφανίζεται σε φασματοσκοπία υπερύθρων) και το τοποθετεί σε μια ειδική συσκευή που επιτρέπει στον αισθητήρα να λάμπει μέσω αυτού. Μερικές φορές αναμιγνύει στερεά δείγματα με διαλύτες όπως ορυκτέλαιο (το οποίο δίνει μια περιορισμένη, γνωστή ένδειξη στην εκτύπωση IR) για να χρησιμοποιήσει τη μέθοδο υγρού, η οποία περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός δείγματος ανάμεσα σε δύο πλάκες πιεσμένου αλατιού (NaCl, χλωριούχο νάτριο) για να επιτρέψει στο υπέρυθρο φως να λάμψει, σύμφωνα με το Michigan State Πανεπιστήμιο.

Όταν το υπέρυθρο «φως» ή η ακτινοβολία χτυπήσει ένα μόριο, οι δεσμοί στο μόριο απορροφούν την ενέργεια των υπέρυθρων και αποκρίνονται με δόνηση. Συνήθως, οι επιστήμονες καλούν τους διαφορετικούς τύπους δονήσεων κάμψης, τεντώματος, λικνίσματος ή ψαλιδιού.

Σύμφωνα με τον Michele Sherban-Kline στο Πανεπιστήμιο Yale, ένα φασματόμετρο υπερύθρων έχει μια πηγή, ένα οπτικό σύστημα, έναν ανιχνευτή και έναν ενισχυτή. Η πηγή εκπέμπει υπέρυθρες ακτίνες. Το οπτικό σύστημα μετακινεί αυτές τις ακτίνες στη σωστή κατεύθυνση · ο ανιχνευτής παρατηρεί αλλαγές στην υπέρυθρη ακτινοβολία και ο ενισχυτής βελτιώνει το σήμα του ανιχνευτή.

Μερικές φορές τα φασματόμετρα χρησιμοποιούν μεμονωμένες ακτίνες υπερύθρων και στη συνέχεια χωρίζονται σε μήκη κύματος συστατικών. Άλλα σχέδια χρησιμοποιούν δύο ξεχωριστές δοκούς και χρησιμοποιούν τη διαφορά μεταξύ αυτών των δοκών αφού περάσει κανείς από το δείγμα για να δώσει πληροφορίες σχετικά με το δείγμα. Τα παλιομοδίτικα φασματόμετρα ενίσχυσαν το σήμα οπτικά, και τα σύγχρονα φασματόμετρα χρησιμοποιούν ηλεκτρονική ενίσχυση για τον ίδιο σκοπό, σύμφωνα με τον Michele Sherban-Kline στο Πανεπιστήμιο Yale.

Η φασματοσκοπία IR αναγνωρίζει μόρια με βάση τις λειτουργικές ομάδες τους. Ο φαρμακοποιός που χρησιμοποιεί φασματοσκοπία υπερύθρων μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν πίνακα ή ένα γράφημα για να προσδιορίσει αυτές τις ομάδες. Κάθε λειτουργική ομάδα έχει ένα διαφορετικό «κύμα», που αναφέρεται σε αντίστροφα εκατοστά και μια τυπική εμφάνιση - για παράδειγμα, το τέντωμα ενός Το γκρουπ O-H, όπως το νερό ή το αλκοόλ, καταλαμβάνει μια πολύ μεγάλη κορυφή με ένα κύμα κοντά στο 3500, σύμφωνα με το Michigan State University. Εάν η ένωση που συντίθεται δεν περιέχει ομάδες αλκοόλης (επίσης γνωστές ως υδροξυλομάδες) αυτό κορυφή μπορεί να δείξει την ακούσια παρουσία νερού στο δείγμα, ένα κοινό σφάλμα μαθητή στο εργαστήριο.