Jak działa spektroskopia IR?

Spektroskopia w podczerwieni, znana również jako spektroskopia IR, może ujawnić struktury kowalencyjnie związanych związków chemicznych, takich jak związki organiczne. Jako taka, dla studentów i badaczy, którzy syntetyzują te związki w laboratorium, staje się użytecznym narzędziem do weryfikacji wyników eksperymentu. Różne wiązania chemiczne pochłaniają różne częstotliwości podczerwieni, a spektroskopia w podczerwieni pokazuje drgania przy tych częstotliwościach (wyświetlane jako „liczby falowe”) w zależności od rodzaju wiązania.

Spektroskopia w podczerwieni służy jako przydatne narzędzie w zestawie narzędzi chemika do identyfikacji związków. Nie podaje dokładnej struktury związku, ale raczej pokazuje tożsamość grup funkcyjnych lub ugrupowań w cząsteczce - różnych segmentów składu cząsteczki. Jako takie niedokładne narzędzie, spektroskopia w podczerwieni działa najlepiej w połączeniu z innymi formami analizy, takimi jak określanie temperatury topnienia.

W chemii zawodowej IR w dużej mierze wyszła z mody i została zastąpiona bardziej informacyjnymi metodami, takimi jak spektroskopia NMR (magnetyczny rezonans jądrowy). Nadal cieszy się częstym stosowaniem w laboratoriach studenckich, ponieważ spektroskopia w podczerwieni pozostaje użyteczna w identyfikacji ważne cechy cząsteczek syntetyzowanych w studenckich eksperymentach laboratoryjnych, według Colorado University Otoczak.

Ogólnie chemik miele stałą próbkę z substancją taką jak bromek potasu (który jako jonowy związek, nie pojawia się w spektroskopii IR) i umieszcza go w specjalnym urządzeniu, aby czujnik mógł świecić przez to. Czasami miesza próbki stałe z rozpuszczalnikami, takimi jak olej mineralny (co daje ograniczony, znany odczyt na wydruku IR), aby użyć metody płynnej, która Według stanu Michigan polega na umieszczeniu próbki między dwiema płytkami wyprasowanej soli (NaCl, chlorek sodu), aby umożliwić prześwitywanie światła podczerwonego Uniwersytet.

Kiedy „światło” lub promieniowanie podczerwone uderza w cząsteczkę, wiązania w cząsteczce pochłaniają energię podczerwieni i reagują wibracjami. Potocznie naukowcy nazywają różne rodzaje wibracji zginaniem, rozciąganiem, kołysaniem lub nożycami.

Według Michele Sherban-Kline z Yale University spektrometr IR ma źródło, układ optyczny, detektor i wzmacniacz. Źródło emituje promienie podczerwone; układ optyczny przesuwa te promienie we właściwym kierunku; detektor obserwuje zmiany w promieniowaniu podczerwonym, a wzmacniacz poprawia sygnał detektora.

Czasami spektrometry wykorzystują pojedyncze wiązki podczerwieni, a następnie dzielą je na składowe długości fal; inne projekty wykorzystują dwie oddzielne wiązki i wykorzystują różnicę między tymi wiązkami po przejściu jednej przez próbkę, aby podać informacje o próbce. Według Michele Sherban-Kline z Yale University staromodne spektrometry wzmacniały sygnał optycznie, a nowoczesne spektrometry wykorzystują wzmocnienie elektroniczne w tym samym celu.

Spektroskopia w podczerwieni identyfikuje cząsteczki na podstawie ich grup funkcyjnych. Chemik używający spektroskopii IR może użyć tabeli lub wykresu do identyfikacji tych grup. Każda grupa funkcyjna ma inną „liczbę falową”, wymienioną w odwrotnych centymetrach i typowy wygląd — na przykład odcinek Według Michigan State University, grupa O-H, taka jak woda lub alkohol, zajmuje bardzo szeroki szczyt z liczbą falową bliską 3500. Jeśli zsyntetyzowany związek nie zawiera żadnych grup alkoholowych (znanych również jako grupy hydroksylowe), to pik może wskazywać na nieumyślną obecność wody w próbce, powszechny błąd ucznia w laboratorium.