Hur fungerar IR-spektroskopi?

Infraröd spektroskopi, även känd som IR-spektroskopi, kan avslöja strukturerna av kovalent bundna kemiska föreningar såsom organiska föreningar. Som sådan blir det för studenter och forskare som syntetiserar dessa föreningar i laboratoriet ett användbart verktyg för att verifiera resultaten av ett experiment. Olika kemiska bindningar absorberar olika frekvenser av infraröd, och infraröd spektroskopi visar vibrationer vid dessa frekvenser (visas som 'vågnummer') beroende på typen av bindning.

Infraröd spektroskopi fungerar som ett användbart verktyg i kemistens verktygslåda för att identifiera föreningar. Det ger inte den exakta strukturen för en förening utan visar snarare identiteten för de funktionella grupperna eller delarna i en molekyl - de olika segmenten av molekylens komposition. Som ett sådant inexakt verktyg fungerar IR-spektroskopi bäst när den används i kombination med andra former av analys, såsom bestämning av smältpunkt.

I professionell kemi har IR till stor del gått ur modet, ersatt av mer informativa metoder som NMR (kärnmagnetisk resonans) spektroskopi. Det har fortfarande frekvent användning i studentlaboratorier, eftersom IR-spektroskopi fortfarande är användbart för att identifiera viktiga egenskaper hos molekyler som syntetiserats i studentlaboratorieexperiment, enligt Colorado University Flyttblock.

I allmänhet maler kemisten ett fast prov med en substans som kaliumbromid (som, som en jonisk förening, visas inte i IR-spektroskopi) och placerar den i en speciell enhet för att låta sensorn lysa genom det. Ibland blandar hon eller han fasta prover med lösningsmedel som mineralolja (vilket ger en begränsad, känd avläsning i IR-utskriften) för att använda den flytande metoden, som innebär att man placerar ett prov mellan två plattor av pressat salt (NaCl, natriumklorid) för att låta det infraröda ljuset skina igenom, enligt Michigan State Universitet.

När infrarött "ljus" eller strålning träffar en molekyl absorberar bindningarna i molekylen den infraröda energin och svarar genom att vibrera. Vanligtvis kallar forskare de olika typerna av vibrationer böjning, sträckning, gungning eller sax.

Enligt Michele Sherban-Kline vid Yale University har en IR-spektrometer en källa, ett optiskt system, en detektor och en förstärkare. Källan avger infraröda strålar; det optiska systemet flyttar dessa strålar i rätt riktning; detektorn observerar förändringar i den infraröda strålningen och förstärkaren förbättrar detektorsignalen.

Ibland använder spektrometrar enstaka infraröda strålar och delar dem sedan i komponentvåglängder; andra konstruktioner använder två separata balkar och använder skillnaden mellan dessa balkar efter att man har passerat provet för att ge information om provet. Gammaldags spektrometrar förstärkte signalen optiskt och moderna spektrometrar använder elektronisk förstärkning för samma ändamål, enligt Michele Sherban-Kline vid Yale University.

IR-spektroskopi identifierar molekyler baserat på deras funktionella grupper. Kemisten som använder IR-spektroskopi kan använda en tabell eller ett diagram för att identifiera dessa grupper. Varje funktionell grupp har olika "vågnummer", listade med inversa centimeter och ett typiskt utseende - till exempel sträckan av en O-H-gruppen, som den för vatten eller alkohol, upptar en mycket bred topp med ett vågnummer nära 3500, enligt Michigan State University. Om den syntetiserade föreningen inte innehåller några alkoholgrupper (även kända som hydroxylgrupper) detta topp kan indikera oavsiktlig närvaro av vatten i provet, ett vanligt studentfel i laboratorium.