כיצד עובדת ספקטרוסקופיית IR?

ספקטרוסקופיית אינפרא אדום, המכונה גם ספקטרוסקופיית IR, יכולה לחשוף את המבנים של תרכובות כימיות קשורות קוולנטית כגון תרכובות אורגניות. ככזה, עבור סטודנטים וחוקרים המסנתזים תרכובות אלה במעבדה, הוא הופך לכלי שימושי לאימות תוצאות הניסוי. קשרים כימיים שונים קולטים תדרים שונים של אינפרא אדום, וספקטרוסקופיית אינפרא אדום מראה תנודות בתדרים אלה (מוצגות כ'מספרי גלי ') בהתאם לסוג הקשר.

ספקטרוסקופיית אינפרא אדום משמשת ככלי שימושי אחד בארגז הכלים של הכימאי לזיהוי תרכובות. זה לא נותן את המבנה המדויק של תרכובת, אלא מראה את זהות הקבוצות הפונקציונליות, או החלקים, במולקולה - החלקים השונים של הרכב המולקולה. ככלי לא מדויק כזה, ספקטרוסקופיית IR פועלת בצורה הטובה ביותר כאשר משתמשים בה בשילוב עם צורות אחרות של ניתוח כגון קביעת נקודת התכה.

בכימיה המקצועית, IR יצא בעיקר מהאופנה, והוחלף בשיטות אינפורמטיביות יותר כמו ספקטרוסקופיה NMR (תהודה מגנטית גרעינית). הוא עדיין נהנה משימוש תכוף במעבדות סטודנטים, מכיוון שספקטרוסקופיית IR נותרה שימושית בזיהוי מאפיינים חשובים של מולקולות המסונתזות בניסויים במעבדת סטודנטים, לפי אוניברסיטת קולורדו סלע.

באופן כללי, הכימאי טוחן דגימה מוצקה עם חומר כמו אשלגן ברומיד (אשר, כיוני מתחם, אינו מופיע בספקטרוסקופיית IR) ומניח אותו במכשיר מיוחד כדי לאפשר לחיישן לזרוח דרך זה. לפעמים היא או הוא מערבבים דגימות מוצקות עם ממיסים כמו שמן מינרלי (המעניק קריאה מוגבלת וידועה בתדפיס ה- IR) בכדי להשתמש בשיטה הנוזלית, אשר כולל הצבת דגימה בין שתי צלחות מלח דחוס (NaCl, נתרן כלורי) כדי לאפשר לאור האינפרא אדום לזרוח, על פי מדינת מישיגן אוּנִיבֶרְסִיטָה.

כאשר 'אור' או קרינה אינפרא אדום פוגעים במולקולה, הקשרים במולקולה סופגים את אנרגיית האינפרא אדום ומגיבים ברטט. בדרך כלל מדענים מכנים את סוגי הרטט השונים כיפוף, מתיחה, נדנדה או מספריים.

לדברי מישל שרבן-קליין באוניברסיטת ייל, לספקטרומטר IR יש מקור, מערכת אופטית, גלאי ומגבר. המקור פולט קרני אינפרא אדום; המערכת האופטית מעבירה את הקרניים הללו בכיוון הנכון; הגלאי מתבונן בשינויים בקרינת האינפרא אדום והמגבר משפר את אות הגלאי.

לפעמים ספקטרומטרים משתמשים בקורות אינפרא אדום בודדות ואז מפצלים אותם לאורכי גל רכיבים; עיצובים אחרים משתמשים בשתי קורות נפרדות ומשתמשים בהבדל בין קורות אלה לאחר שעוברים דרך המדגם כדי לספק מידע על המדגם. ספקטרומטרים מיושנים הגבירו את האות בצורה אופטית, וספקטרומטרים מודרניים משתמשים בהגברה אלקטרונית לאותה מטרה, על פי מישל שרבן-קליין מאוניברסיטת ייל.

ספקטרוסקופיית IR מזהה מולקולות על בסיס הקבוצות הפונקציונליות שלהם. הכימאי המשתמש בספקטרוסקופיה IR יכול להשתמש בטבלה או בתרשים כדי לזהות קבוצות אלה. לכל קבוצה פונקציונלית יש 'מספר גלי' אחר, המופיע בסנטימטרים הפוכים, ומראה אופייני - למשל, מתיחה של קבוצת O-H, כמו זו של מים או אלכוהול, תופסת שיא רחב מאוד עם מספר גל ליד 3500, על פי אוניברסיטת מישיגן. אם התרכובת המסונתזת אינה מכילה קבוצות אלכוהול (המכונות גם קבוצות הידרוקסיל) זה שיא יכול להצביע על הימצאות מים במדגם בשוגג, שגיאה נפוצה של תלמידים במערכת מַעבָּדָה.