Як працює ІЧ-спектроскопія?

Інфрачервона спектроскопія, також відома як ІЧ-спектроскопія, може виявити структури ковалентно зв’язаних хімічних сполук, таких як органічні сполуки. Таким чином, для студентів та дослідників, які синтезують ці сполуки в лабораторії, це стає корисним інструментом для перевірки результатів експерименту. Різні хімічні зв’язки поглинають різні частоти інфрачервоного діапазону, а інфрачервона спектроскопія показує коливання на цих частотах (відображаються як „хвильові числа”) залежно від типу зв’язку.

Інфрачервона спектроскопія служить одним з корисних інструментів у наборі хіміків для ідентифікації сполук. Він не дає точної будови сполуки, а навпаки, показує ідентичність функціональних груп або фрагментів у молекулі - різних сегментів молекулярного складу. Як такий неточний інструмент, ІЧ-спектроскопія найкраще працює, коли використовується разом з іншими формами аналізу, такими як визначення температури плавлення.

У професійній хімії ІЧ здебільшого вийшов з моди, замінивши його більш інформативними методами, такими як ЯМР (ядерно-магнітний резонанс) спектроскопія. Він все ще часто користується в студентських лабораторіях, оскільки ІЧ-спектроскопія залишається корисною для ідентифікації важливі характеристики молекул, синтезованих в експериментах студентської лабораторії, згідно з Університетом Колорадо Боулдер.

Як правило, хімік подрібнює твердий зразок з такою речовиною, як бромід калію (який, як іонний з'єднання, не відображається в ІЧ-спектроскопії) і поміщає його в спеціальний пристрій, щоб датчик світив крізь це. Іноді він або він змішує тверді зразки з розчинниками, такими як мінеральне масло (що дає обмежене, відоме значення в ІЧ-роздруківці), використовуючи рідкий метод, який передбачає розміщення зразка між двома пластинами пресованої солі (NaCl, хлорид натрію), щоб інфрачервоне світло просвічувало, за даними штату Мічиган Університет.

Коли інфрачервоне «світло» або випромінювання потрапляють на молекулу, зв’язки в молекулі поглинають енергію інфрачервоного діапазону і реагують вібрацією. Зазвичай вчені називають різні типи вібрацій згинанням, розтягуванням, коливанням або ножицями.

За словами Мікеле Шербан-Клайн з Єльського університету, ІЧ-спектрометр має джерело, оптичну систему, детектор та підсилювач. Джерело видає інфрачервоні промені; оптична система рухає ці промені у правильному напрямку; детектор спостерігає зміни в інфрачервоному випромінюванні, а підсилювач покращує сигнал детектора.

Іноді в спектрометрах використовуються поодинокі пучки інфрачервоного випромінювання, а потім вони діляться на складові довжини хвиль; інші конструкції використовують два окремі промені і використовують різницю між цими променями після того, як один пройшов через зразок, щоб надати інформацію про зразок. Старомодні спектрометри посилюють сигнал оптично, а сучасні спектрометри використовують електронне підсилення для тих же цілей, за словами Мікеле Шербан-Клайн з Єльського університету.

ІЧ-спектроскопія визначає молекули на основі їх функціональних груп. Хімік за допомогою ІЧ-спектроскопії може використовувати таблицю або діаграму для ідентифікації цих груп. Кожна функціональна група має різне "число хвилі", перераховане у зворотних сантиметрах, і типовий зовнішній вигляд - наприклад, відрізок Група O-H, така як вода або алкоголь, займає дуже широкий пік із хвильовим числом близько 3500, згідно з Університетом штату Мічиган. Якщо синтезована сполука не містить спиртових груп (також відомих як гідроксильні групи), це пік може вказувати на ненавмисне присутність води у зразку, типову помилку студента в лабораторія.