Was ist eine IR-Spektroskopie-Instrumentierung?
Infrarot (IR) -Spektroskopie wird zur Analyse von Molekülen verwendet. Es gibt viele Arten der Spektroskopie, mit denen verschiedene Eigenschaften und Merkmale eines Moleküls bestimmt werden. Mit Hilfe von IR-Spektroskopieinstrumenten wird untersucht, welche Gruppen in einer Probe vorhanden sind.
Das IR-Strahlungsband umfasst Wellenlängen von 800-1.000.000 Nanometern. Dieses Licht ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, obwohl die Auswirkungen der IR-Strahlung als Wärme empfunden werden. Der in der IR-Spektroskopie verwendete Strahlungsbereich beträgt 2.500-16.000 Nanometer. Dieser Bereich wird als Gruppenfrequenzbereich bezeichnet.
Chemische Bindungen in einem Molekül können unter Einwirkung von IR-Strahlung gedehnt, gebogen oder verdreht werden. Dies geschieht bei einer Wellenlänge, die für jede Bindung und jede Art von Vibration einzigartig ist. Daher ist das Vorhandensein einer spezifischen Bindung in einem IR-Spektrum durch die Absorption von Strahlung bei einem diskreten Satz von Wellenlängen gekennzeichnet.
Herkömmliche IR-Spektroskopie-Instrumente erfordern eine Strahlungsquelle, einen Behälter für die Probe und IR-Sensoren, um festzustellen, welche Wellenlängen die Probe durchlaufen haben. Das traditionelle IR-Spektrometer wird als Dispersionsgitter-Spektrometer bezeichnet. Dies funktioniert, indem die Strahlung von der IR-Quelle in zwei Ströme aufgeteilt wird, wobei ein Strom die Probe passiert und der andere als Kontrolle verwendet wird. Das Spektrometer vergleicht die relative Absorption von der Kontrolle und der Probe, um die relative Absorption für jede Wellenlänge zu berechnen.
Die IR-Quelle ist typischerweise ein Feststoff, der auf mehr als 2.700 Grad Fahrenheit (etwa 1.500 Grad Celsius) erhitzt wurde. Quellen sind gewickelte elektrische Drähte oder Filamente, Siliciumcarbid und Seltenerdmetalloxid. Die Probe kann ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Es kann auch in flüssiger Lösung vorliegen. In diesem Zustand muss jedoch darauf geachtet werden, zwischen Absorptionen durch das Lösungsmittel und Absorptionen durch die gelöste Probe zu unterscheiden.
Im späten 20. und frühen 21. Jahrhundert wurden viele Fortschritte in der IR-Spektroskopie erzielt. Die ursprünglich manuell durchgeführte Analyse von IR-Spektren wurde computerisiert. Fourier-Transformations-IR-Spektrometer (FTIR-Spektrometer) lieferten wesentlich präzisere, genauere und empfindlichere Ergebnisse als die Dispersivgitter-IR-Technologie.
In der Praxis wird das Vorhandensein chemischer Gruppen in einem Molekül über einen Eliminierungsprozess bestimmt. Beispielsweise impliziert die Absorption bei einem bestimmten Satz von Wellenlängen das Vorhandensein einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung, was bedeutet, dass die Verbindung einen Bereich von organischen Gruppen enthalten könnte. Eine weitere Absorption bei einer anderen Wellenlänge legt nahe, dass auch eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Einfachbindung vorliegt, was bedeutet, dass die Probe eine Carboxylgruppe (-CO 2 -) enthält. Das Vorhandensein mindestens einer Carbonsäuregruppe (-CO 2 -H) würde bestätigt, wenn eine Absorption bei einer Wellenlänge beobachtet wird, die einer Hydroxylgruppe (-OH) entspricht.