Hoe werkt IR-spectroscopie?

Infraroodspectroscopie, ook bekend als IR-spectroscopie, kan de structuren van covalent gebonden chemische verbindingen zoals organische verbindingen onthullen. Als zodanig wordt het voor studenten en onderzoekers die deze verbindingen in het laboratorium synthetiseren, een nuttig hulpmiddel om de resultaten van een experiment te verifiëren. Verschillende chemische bindingen absorberen verschillende frequenties van infrarood, en infraroodspectroscopie toont trillingen bij die frequenties (weergegeven als 'golfnummers'), afhankelijk van het type binding.

Infraroodspectroscopie dient als een nuttig hulpmiddel in de gereedschapskist van de chemicus voor het identificeren van verbindingen. Het geeft niet de exacte structuur van een verbinding, maar toont eerder de identiteit van de functionele groepen, of delen, in een molecuul - de verschillende segmenten van de samenstelling van het molecuul. Als zo'n onnauwkeurig hulpmiddel werkt IR-spectroscopie het beste wanneer het wordt gebruikt in combinatie met andere vormen van analyse, zoals het bepalen van het smeltpunt.

In de professionele chemie is IR grotendeels uit de mode geraakt en vervangen door meer informatieve methoden zoals NMR (nucleaire magnetische resonantie) spectroscopie. Het wordt nog steeds veelvuldig gebruikt in studentenlaboratoria, omdat IR-spectroscopie nuttig blijft bij het identificeren van belangrijke kenmerken van moleculen die zijn gesynthetiseerd in experimenten met studentenlaboratoria, volgens de Colorado University Kei.

Over het algemeen maalt de chemicus een vast monster met een stof als kaliumbromide (die als ionisch verbinding, verschijnt niet in IR-spectroscopie) en plaatst deze in een speciaal apparaat om de sensor te laten schijnen er doorheen. Soms mengt hij of zij vaste monsters met oplosmiddelen zoals minerale olie (wat een beperkte, bekende waarde geeft op de IR-afdruk) om de vloeibare methode te gebruiken, die omvat het plaatsen van een monster tussen twee platen geperst zout (NaCl, natriumchloride) om het infraroodlicht door te laten schijnen, volgens de Michigan State Universiteit.

Wanneer infrarood 'licht' of straling een molecuul raakt, absorberen de bindingen in het molecuul de energie van het infrarood en reageren ze door te trillen. Gewoonlijk noemen wetenschappers de verschillende soorten trillingen buigen, rekken, schommelen of scharen.

Volgens Michele Sherban-Kline van de Yale University heeft een IR-spectrometer een bron, een optisch systeem, een detector en een versterker. De bron geeft infraroodstralen af; het optische systeem beweegt deze stralen in de juiste richting; de detector neemt veranderingen in de infraroodstraling waar en de versterker verbetert het detectorsignaal.

Soms gebruiken spectrometers enkele infraroodstralen en splitsen ze deze vervolgens in componentgolflengten; andere ontwerpen gebruiken twee afzonderlijke bundels en gebruiken het verschil tussen die bundels nadat één door het monster is gegaan om informatie over het monster te geven. Ouderwetse spectrometers versterken het signaal optisch, en moderne spectrometers gebruiken elektronische versterking voor hetzelfde doel, volgens Michele Sherban-Kline van de Yale University.

IR-spectroscopie identificeert moleculen op basis van hun functionele groepen. De chemicus die IR-spectroscopie gebruikt, kan een tabel of grafiek gebruiken om deze groepen te identificeren. Elke functionele groep heeft een ander 'golfgetal', weergegeven in inverse centimeters, en een typisch uiterlijk, bijvoorbeeld de rek van een De O-H-groep, zoals die van water of alcohol, bezet een zeer brede piek met een golfgetal in de buurt van 3500, volgens de Michigan State University. Als de gesynthetiseerde verbinding geen alcoholgroepen bevat (ook bekend als hydroxylgroepen), is dit: piek kan wijzen op de onbedoelde aanwezigheid van water in het monster, een veelvoorkomende studentenfout in de laboratorium.