Hvordan fungerer IR-spektroskopi?

Infrarød spektroskopi, også kjent som IR-spektroskopi, kan avsløre strukturene til kovalent bundet kjemiske forbindelser som organiske forbindelser. Som sådan, for studenter og forskere som syntetiserer disse forbindelsene i laboratoriet, blir det et nyttig verktøy for å verifisere resultatene av et eksperiment. Ulike kjemiske bindinger absorberer forskjellige frekvenser av infrarød, og infrarød spektroskopi viser vibrasjoner ved disse frekvensene (vises som 'bølgetall'), avhengig av type binding.

Infrarød spektroskopi fungerer som et nyttig verktøy i apotekets verktøykasse for å identifisere forbindelser. Det gir ikke den eksakte strukturen til en forbindelse, men viser heller identiteten til de funksjonelle gruppene, eller delene, i et molekyl - de forskjellige segmentene av molekylets sammensetning. Som et slikt inaktivt verktøy fungerer IR-spektroskopi best når den brukes sammen med andre former for analyse, for eksempel bestemmelse av smeltepunkt.

I profesjonell kjemi har IR i stor grad gått av moten, erstattet av mer informative metoder som NMR (kjernemagnetisk resonans) spektroskopi. Den nyter fortsatt hyppig bruk i studentlaboratorier, da IR-spektroskopi fortsatt er nyttig for å identifisere viktige kjennetegn ved molekyler syntetisert i studentlaboratorieeksperimenter, ifølge Colorado University Boulder.

Generelt maler kjemikeren en fast prøve med et stoff som kaliumbromid (som et ionisk sammensatt, vises ikke i IR-spektroskopi) og plasserer den i en spesiell enhet for å la sensoren skinne gjennom det. Noen ganger blander hun eller han faste prøver med løsemidler som mineralolje (som gir en begrenset, kjent avlesning i IR-utskriften) for å bruke væskemetoden, som innebærer å plassere en prøve mellom to plater med presset salt (NaCl, natriumklorid) for å la det infrarøde lyset skinne gjennom, ifølge Michigan State Universitet.

Når infrarødt 'lys' eller stråling treffer et molekyl, absorberer bindingene i molekylet energien til det infrarøde og reagerer ved å vibrere. Vanligvis kaller forskere de forskjellige typene vibrasjoner for å bøye, strekke seg, vippe eller sakse.

I følge Michele Sherban-Kline ved Yale University har et IR-spektrometer en kilde, et optisk system, en detektor og en forsterker. Kilden avgir infrarøde stråler; det optiske systemet beveger disse strålene i riktig retning; detektoren observerer endringer i infrarød stråling, og forsterkeren forbedrer detektorens signal.

Noen ganger bruker spektrometre enkeltstråler av infrarødt og deler dem deretter i komponentbølgelengder; andre design bruker to separate bjelker og bruker forskjellen mellom disse bjelkene etter at man har passert gjennom prøven for å gi informasjon om prøven. Gammeldags spektrometre forsterket signalet optisk, og moderne spektrometre bruker elektronisk forsterkning for samme formål, ifølge Michele Sherban-Kline ved Yale University.

IR-spektroskopi identifiserer molekyler basert på deres funksjonelle grupper. Kjemikeren som bruker IR-spektroskopi, kan bruke en tabell eller et diagram for å identifisere disse gruppene. Hver funksjonelle gruppe har et annet 'bølgetall', oppført i inverse centimeter, og et typisk utseende - for eksempel strekningen av en O-H-gruppen, som for eksempel vann eller alkohol, opptar en veldig bred topp med et bølgetall i nærheten av 3500, ifølge Michigan State University. Hvis forbindelsen syntetisert ikke inneholder noen alkoholgrupper (også kjent som hydroksylgrupper) dette peak kan indikere utilsiktet tilstedeværelse av vann i prøven, en vanlig studentfeil i laboratorium.