ir-spektroskopian käyttö

infrapunasäteilyn absorptio saa aikaan muutoksia molekyylien värähtelyissä, joten infrapunaspektroskopian tutkimuksessa tarkastellaan tapoja, joilla molekyylien sidokset värähtelevät (katso video edellisestä osasta).

atomin koko, sidoksen pituus ja voimakkuus vaihtelevat molekyyleissä, joten taajuus, jolla tietty sidos absorboi infrapunasäteilyä, on erilainen eri sidosten ja värähtelytapojen välillä. Infrapunasäteilyn absorption mittaaminen materiaalilla antaa erittäin hyödyllistä tietoa rakenteesta.

koska kahdella orgaanisella yhdisteellä ei ole samaa IR-spektriä, yhdiste voidaan tunnistaa varmuudella vertaamalla sen spektriä tunnetun puhtaan yhdisteen spektriin. Jos ne ovat identtisiä, ne ovat yksi ja sama.

Sähkömagneettinen spektri kattaa hyvin laajan aallonpituusalueen, ja siksi eri alueilla käytetään erilaisia yksiköitä.

hyvin lyhyillä aallonpituuksilla suositaan nanometrejä (1 nm = 10-9 m).

infrapuna-alueella aallonpituudet voidaan ilmaista mikroneina (μ).Aaltoluku on aaltojen määrä per cm ja niitä kutsutaan usein vastavuoroisiksi senttimetreiksi (cm-1):

tyypillisessä spektrissä A C – H-absorptio tapahtuu 3000 cm-1, kun taas A C = O – absorptio tapahtuu 1740 cm-1 pienemmällä aaltonumerolla, korkeammalla taajuudella ja suuremmalla energialla kuin C-H-venytysvärähtely.

HUOM: orgaaniset kemistit viittaavat löyhästi aaltolukemiin ”frekvenssinä”, joten kirjoissa ja muissa lähteissä voi nähdä spektrin merkittynä ”frekvenssinä (cm-1)”.

laajalti sekä tutkimuksessa että teollisuudessa käytetty infrapunaspektroskopia on yksinkertainen ja luotettava tekniikka, jota käytetään erilaisissa mittauksissa ja laadunvalvonnassa. Se on erityisen hyödyllinen oikeuslääketieteessä sekä rikos-että riita-asioissa. Spektrometrit ovat nyt pieniä, ja niitä on helppo kuljettaa, jopa kenttäkokeita varten. Uuden teknologian edistyessä liuoksessa olevia näytteitä voidaan nyt mitata tarkasti (vesi tuottaa laajan absorbanssin eri alueilla ja tekee siten spektristä lukukelvottoman ilman tätä uutta teknologiaa).

jotkin instrumentit myös automaattisesti kertovat, mikä aine on, viittaamalla siihen varastossa olevaan tuhansien spektrien varastoon.
mittaamalla tietyllä taajuudella ajan mittaan voidaan mitata tietyn sidoksen luonteen tai määrän muutoksia. Tämä on erityisen hyödyllistä polymeroitumisasteen mittaamisessa polymeerien valmistuksessa tai esimerkiksi polymeerin hajoamisen tunnistamisessa.
amiiniristikytkentäaineen kovettaman epoksihartsin muodostumisen etenemistä voidaan seurata tarkkailemalla hydroksiryhmän ilmaantumista polymeroituvan näytteen spektristä (tai epoksiryhmän häviämistä).

nykyaikaiset tutkimuslaitteet voivat ottaa infrapunamittauksia koko kiinnostavalta alueelta jopa 32 kertaa sekunnissa. Tämä voidaan tehdä samalla, kun samanaikaisia mittauksia tehdään muita tekniikoita käyttäen. Tämä tekee kemiallisten reaktioiden ja prosessien havainnoinnista nopeampaa ja tarkempaa. Infrapunaspektroskopia on menestynyt hyvin sekä orgaanisen että epäorgaanisen kemian sovelluksissa.

toinen ir-spektrometrityyppi on dispersiivinen spektrometri. Pyörivä peili, M heijastaa hetkellisesti vertailusäteen kohti koneen optiikkaa samalla kun se estää näytesäteen. Vertailusäde ja näytesäde tukkeutuvat ja heijastuvat vuorotellen. Diffraktioritilä hajottaa IR: n aallonpituuksien a ’ spektrum’iksi; tämä sarja heijastuu ilmaisimeen. Termopari muuntaa siihen pääsevän IR: n eri aallonpituudet signaaliksi, joka esitetään spektrinä. Vertailu – ja näytesignaalien ero osoittaa, mitkä spektrin osat näyte on absorboinut.

toinen ir-spektrometrityyppi on Fourier-muunnos (FT) – spektrometri. FT-spektrometrissä diffraktioritilän sijasta käytetään interferometriä. Kaikki taajuudet (tai aallonpituudet, ν ~ 1/λ) saavuttavat ilmaisimen samanaikaisesti. Spektri saadaan matemaattisella laskutoimituksella (Fourier-muunnoksella). FT-spektrometri on herkempi, tarkempi ja tarkempi kuin dispersiivinen spektrometri.