Как работает ИК-спектроскопия?

Инфракрасная спектроскопия, также известная как ИК-спектроскопия, может выявить структуры ковалентно связанных химических соединений, таких как органические соединения. Таким образом, для студентов и исследователей, которые синтезируют эти соединения в лаборатории, он становится полезным инструментом для проверки результатов эксперимента. Различные химические связи поглощают разные частоты инфракрасного излучения, и инфракрасная спектроскопия показывает колебания на этих частотах (отображаемых как «волновые числа») в зависимости от типа связи.

Инфракрасная спектроскопия служит одним из полезных инструментов в арсенале химиков для идентификации соединений. Он не дает точной структуры соединения, а скорее показывает идентичность функциональных групп или фрагментов в молекуле - различных сегментов состава молекулы. Как такой неточный инструмент, ИК-спектроскопия лучше всего работает в сочетании с другими формами анализа, такими как определение точки плавления.

В профессиональной химии инфракрасное излучение в значительной степени вышло из моды, его заменили более информативные методы, такие как спектроскопия ЯМР (ядерного магнитного резонанса). Он по-прежнему часто используется в студенческих лабораториях, поскольку ИК-спектроскопия остается полезной для идентификации важные характеристики молекул, синтезированных в студенческих лабораторных экспериментах, по данным Университета Колорадо Боулдер.

Обычно химик измельчает твердый образец таким веществом, как бромид калия (который, как ионный соединение, не обнаруживаемое в ИК-спектроскопии) и помещает его в специальное устройство, чтобы датчик светился через это. Иногда она или она смешивают твердые образцы с растворителями, такими как минеральное масло (что дает ограниченное, известное значение на ИК-распечатке), чтобы использовать жидкий метод, который включает размещение образца между двумя пластинами прессованной соли (NaCl, хлорид натрия), чтобы пропустить инфракрасный свет, согласно заявлению штата Мичиган. Университет.

Когда инфракрасный «свет» или излучение попадает на молекулу, связи в молекуле поглощают энергию инфракрасного излучения и реагируют вибрацией. Обычно ученые называют различные типы колебаний изгибом, растяжением, раскачиванием или ножницей.

По словам Микеле Шербан-Клайн из Йельского университета, ИК-спектрометр имеет источник, оптическую систему, детектор и усилитель. Источник испускает инфракрасные лучи; оптическая система перемещает эти лучи в правильном направлении; детектор наблюдает за изменениями инфракрасного излучения, а усилитель улучшает сигнал детектора.

Иногда спектрометры используют одиночные инфракрасные лучи, а затем разделяют их на составляющие длины волн; другие конструкции используют два отдельных луча и используют разницу между этими лучами после того, как один прошел через образец, чтобы дать информацию об образце. По словам Микеле Шербан-Клайн из Йельского университета, старомодные спектрометры усиливают сигнал оптически, а современные спектрометры используют электронное усиление для той же цели.

ИК-спектроскопия идентифицирует молекулы на основе их функциональных групп. Химик, использующий ИК-спектроскопию, может использовать таблицу или диаграмму для определения этих групп. Каждая функциональная группа имеет различное «волновое число», указанное в обратных сантиметрах, и типичный внешний вид - например, отрезок По данным Мичиганского государственного университета, группа O-H, такая как вода или спирт, занимает очень широкий пик с волновым числом около 3500. Если синтезируемое соединение не содержит спиртовых групп (также известных как гидроксильные группы), это пик может указывать на непреднамеренное присутствие воды в образце, обычную ошибку студента в лаборатория.