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Infrarotspektroskopie, auch als IR-Spektroskopie bekannt, kann die Strukturen kovalent gebundener chemischer Verbindungen wie organischer Verbindungen aufdecken. Als solches wird es für Studenten und Forscher, die diese Verbindungen im Labor synthetisieren, zu einem nützlichen Werkzeug zur Überprüfung der Ergebnisse eines Experiments. Unterschiedliche chemische Bindungen absorbieren unterschiedliche Infrarotfrequenzen, und die Infrarotspektroskopie zeigt Schwingungen bei diesen Frequenzen (angezeigt als Wellenzahlen), abhängig von der Art der Bindung.
Funktion
Die Infrarotspektroskopie ist ein nützliches Werkzeug in der Toolbox der Chemiker zur Identifizierung von Verbindungen. Es gibt nicht die genaue Struktur einer Verbindung an, sondern zeigt die Identität der funktionellen Gruppen oder Einheiten in einem Molekül - die verschiedenen Segmente der Molekülzusammensetzung. Als solches ungenaues Werkzeug funktioniert die IR-Spektroskopie am besten in Verbindung mit anderen Analyseformen wie der Schmelzpunktbestimmung.
In der professionellen Chemie ist das IR weitgehend aus der Mode gekommen und durch informativere Methoden wie NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanzspektroskopie) ersetzt worden. Es wird immer noch häufig in Schülerlabors verwendet, da die IR-Spektroskopie laut Colorado University Boulder weiterhin nützlich ist, um wichtige Eigenschaften von Molekülen zu identifizieren, die in Schülerlaborexperimenten synthetisiert wurden.
Methode
Im Allgemeinen mahlt der Chemiker eine feste Probe mit einer Substanz wie Kaliumbromid (die als ionische Verbindung in der IR-Spektroskopie nicht auftritt) und legt sie in ein spezielles Gerät, damit der Sensor durch sie hindurchscheinen kann. Manchmal mischt sie oder er feste Proben mit Lösungsmitteln wie Mineralöl (was eine begrenzte, bekannte Ablesung im IR ergibt), um die Flüssigmethode anzuwenden, bei der eine Probe zwischen zwei Platten gepressten Salzes (NaCl, Natriumchlorid) gelegt wird Das Infrarotlicht soll laut Michigan State University durchscheinen.
Bedeutung
Wenn Infrarotlicht oder Strahlung auf ein Molekül trifft, absorbieren die Bindungen im Molekül die Energie des Infrarot und reagieren durch Vibrieren. Im Allgemeinen bezeichnen Wissenschaftler die verschiedenen Arten von Vibrationen als Biegen, Strecken, Schaukeln oder Scheren.
Laut Michele Sherban-Kline von der Yale University besteht ein IR-Spektrometer aus einer Quelle, einem optischen System, einem Detektor und einem Verstärker. Die Quelle gibt Infrarotstrahlen ab; das optische System bewegt diese Strahlen in die richtige Richtung; Der Detektor beobachtet Änderungen der Infrarotstrahlung und der Verstärker verbessert das Detektorsignal.
Typen
Manchmal verwenden Spektrometer einzelne Infrarotstrahlen und teilen sie dann in Wellenlängenkomponenten auf. Andere Designs verwenden zwei separate Strahlen und verwenden die Differenz zwischen diesen Strahlen, nachdem einer die Probe durchlaufen hat, um Informationen über die Probe zu erhalten. Nach Ansicht von Michele Sherban-Kline von der Yale University verstärkten altmodische Spektrometer das Signal optisch, und moderne Spektrometer verwenden zum gleichen Zweck die elektronische Verstärkung.
Identifizierung
IR-Spektroskopie identifiziert Moleküle anhand ihrer funktionellen Gruppen. Der Chemiker, der IR-Spektroskopie verwendet, kann eine Tabelle oder ein Diagramm verwenden, um diese Gruppen zu identifizieren. Jede funktionelle Gruppe hat eine andere Wellenzahl, angegeben in inversen Zentimetern, und ein typisches Erscheinungsbild - beispielsweise nimmt die Ausdehnung einer OH-Gruppe, wie das von Wasser oder Alkohol, mit einer Wellenzahl nahe 3500 nach Michigan einen sehr breiten Peak ein Staatliche Universität. Wenn die synthetisierte Verbindung keine Alkoholgruppen enthält (auch als Hydroxylgruppen bezeichnet), kann dieser Peak auf das versehentliche Vorhandensein von Wasser in der Probe hinweisen, ein häufiger Schülerfehler im Labor.