Spektroskopia IR - rodzaj
spektroskopii
, w której stosuje się
promieniowanie
podczerwone
. Najpowszechniej stosowaną techniką IR jest absorpcyjna spektroskopia IR, służąca do otrzymywania
widm oscylacyjnych
(choć w zakresie dalekiej podczerwieni obserwuje się także
przejścia rotacyjne
). Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie
grupy funkcyjne
obecne są w analizowanym związku.
Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem. Jest to jedna z podstawowych metod stosowanych w badaniu
wiązań wodorowych
. Metodą komplementarną do spektroskopii IR jest
spektroskopia Ramana
.
Podstawy fizyczne
Promieniowanie elektromagnetyczne
z zakresu IR ma częstotliwość zbliżoną do częstotliwości drgań cząsteczek. Przechodząc przez próbkę badanej substancji promieniowanie to jest selektywnie pochłaniane, zwiększając amplitudę drgań w cząsteczkach (czy też kryształach) tej substancji. W analizie tych pasm dla układów wieloatomowych stosuje się pojęcie
drgań normalnych
, traktując każde pasmo jako wynik wzbudzenia jednego (
tony podstawowe
) lub kilku (tony kombinacyjne) drgania normalnego.
Absorpcji promieniowania podczerwonego towarzyszą zmiany energii oscylacyjnej cząsteczek. Ponieważ energia ta jest
skwantowana
, absorbowane jest tylko promieniowanie o pewnych określonych energiach, charakterystycznych dla grup funkcyjnych wykonujących drgania. Dzięki temu, wartości częstości
drgań charakterystycznych
mogą być ujęte w formie odpowiednich tabel, i absorpcyjne widmo IR umożliwia ustalenie jakie grupy funkcyjne występują w analizowanej próbce. Warunkiem absorpcji promieniowania (czyli możliwości wzbudzenia drgania przez promieniowania) jest zmienność
momentu dipolowego
cząsteczki w trakcie tego drgania.
W absorpcyjnym widmie IR dominują pasma związane z tonami podstawowymi drgań cząsteczek. Możliwa jest także rejestracja nadtonów oraz tonów kombinacyjnych i różnicowych (jednoczesnych przejść w dwóch lub więcej
oscylatorach
), są jednak one znacznie słabsze.
Analiza widm
Określone
grupy funkcyjne
związków organicznych
charakteryzują się ściśle określonym zakresem absorpcji promieniowania podczerwonego. Częstotliwość, przy której dana grupa funkcyjna absorbuje promieniowanie IR nazywa się częstotliwością grupową, a takie drganie
grupy funkcyjnej
–
drganiem charakterystycznym
.
Widma IR są bardzo złożone i niezwykle rzadko zdarza się, aby dwa różne związki chemiczne miały w całym zakresie identyczne widma, co praktycznie umożliwia jednoznaczną ich identyfikację. Zastosowanie
bazy danych
z częstościami określonych pasm obecnych w danych związkach chemicznych pozwala na identyfikację związków chemicznych w badanej próbce (zob. np. Spectral Database for Organic Compounds SDBS[1]). Ponadto dostępne są tablice ułatwiające analizę składu ilościowego badanych próbek[2].
Wykonywanie widm
Pierwotnie widma IR wykonywało się przemiatając próbkę monochromatyczną (o jednej długości fali) wiązką promieniowania, zmieniając krokowo długość tej fali w trakcie pomiaru.
We współczesnych aparatach stosuje się szybszą metodę polegającą na prześwietleniu próbki multichromatyczną wiązką promieniowania z całego badanego zakresu IR (o
widmie ciągłym
). Po przejściu tej wiązki przez próbkę
interferuje
się ją z wiązką z tego samego źródła, która jednak nie przeszła przez próbkę, a widmo "ekstrahuje się", stosując
transformację Fouriera
zarejestrowanego widma interferencyjnego[3]. Wymaga to stosowania droższej aparatury z komputerem, ale metoda jest błyskawiczna i dokładna. Technikę tę określa się skrótem FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy).
Przypisy
- ↑
Spectral Database for Organic Compounds SDBS
(
ang.
). National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. [dostęp 2010-09-02].
- ↑ A. Huczyński, B. Brzezinski, ”Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w badaniach oddziaływań międzycząsteczkowych” w pracy zbiorowej pod redakcją G. Schroedera pt.: ”Syntetyczne receptory molekularne. Strategie syntezy. Metody badawcze”, Betagraf P.U.H., Poznań, 2007, str. 281-322,
- ↑ W. Zieliński, A. Rajca (red.), Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, WNT, Warszawa, 2000.
Zobacz też
Linki zewnętrzne