Usi della spettroscopia IR

L’assorbimento della radiazione infrarossa determina cambiamenti nelle vibrazioni molecolari quindi nello studio della spettroscopia infrarossa stiamo esaminando i modi in cui i legami nelle molecole vibrano (vedi video nella sezione precedente).

La dimensione dell’atomo, la lunghezza del legame e la forza variano nelle molecole e quindi la frequenza con cui un particolare legame assorbe la radiazione infrarossa sarà diversa su una gamma di legami e modalità di vibrazione. Misurare l’assorbimento della radiazione infrarossa da parte di un materiale fornisce informazioni molto utili sulla struttura.

Poiché non esistono due composti organici con lo stesso spettro IR, un composto può essere identificato con certezza confrontando il suo spettro con quello di un composto puro noto. Se sono identici, allora sono la stessa cosa.

Lo spettro elettromagnetico copre una gamma molto ampia di lunghezze d’onda, e diverse unità sono quindi utilizzate in diverse regioni.

Per lunghezze d’onda molto corte, i nanometri (1 nm = 10-9 m) sono preferiti.

Nella regione infrarossa, le lunghezze d’onda possono essere espresse in micron (μ).I numeri d’onda sono il numero di onde per cm e sono spesso indicati come centimetri reciproci (cm-1):

In uno spettro tipico un assorbimento CH avviene a 3000 cm – 1 mentre un assorbimento C = O avviene a 1740 cm-1 con un numero d’onda inferiore, una frequenza più elevata e un’energia più elevata rispetto alla vibrazione di stretching CH.

NB: i chimici Organici liberamente consultare wavenumbers come “frequenza” e quindi, in libri e altre fonti, si possono vedere gli spettri etichettato come “frequenza (cm-1)”.

Ampiamente utilizzato sia nella ricerca che nell’industria, la spettroscopia infrarossa è una tecnica semplice e affidabile utilizzata per una varietà di misurazioni e nel controllo di qualità. È particolarmente utile nella scienza forense sia in casi penali che civili. Gli spettrometri sono ora piccoli e possono essere facilmente trasportati, anche per l’uso in prove sul campo. Con l’aumento dei progressi nella nuova tecnologia, i campioni in soluzione possono ora essere misurati con precisione (l’acqua produce un’ampia assorbanza in tutta la gamma di interesse, e quindi rende gli spettri illeggibili senza questa nuova tecnologia).

Alcuni strumenti ti diranno automaticamente cos’è una sostanza facendo riferimento a un deposito di migliaia di spettri tenuti in deposito.
Misurando a una frequenza specifica nel tempo, è possibile misurare i cambiamenti nel carattere o nella quantità di un particolare legame. Ciò è particolarmente utile per misurare il grado di polimerizzazione nella produzione di polimeri o nell’identificazione della degradazione dei polimeri, ad esempio.
Il progresso della formazione di una resina epossidica indurita da un agente di reticolazione amminica può essere monitorato osservando la comparsa di un gruppo idrossi nello spettro di un campione polimerizzante (o la scomparsa di un gruppo epossidico).

I moderni strumenti di ricerca possono effettuare misurazioni a infrarossi su tutta la gamma di interesse fino a 32 volte al secondo. Questo può essere fatto mentre le misurazioni simultanee vengono effettuate utilizzando altre tecniche. Ciò rende le osservazioni delle reazioni e dei processi chimici più rapide e accurate. La spettroscopia infrarossa ha avuto molto successo per le applicazioni sia nella chimica organica che inorganica.

Un secondo tipo di spettrometro IR è uno spettrometro dispersivo. Lo specchio rotante, M riflette temporaneamente il fascio di riferimento verso l’ottica della macchina bloccando il fascio campione. Il fascio di riferimento e il fascio campione sono alternativamente bloccati e riflessi. La griglia di diffrazione disperde l’IR in uno spettro di lunghezze d’onda; questa serie viene riflessa sul rivelatore. La termocoppia converte le diverse lunghezze d’onda di IR raggiungendolo in un segnale che è rappresentato come uno spettro. La differenza tra segnali di riferimento e campioni mostra quali parti dello spettro sono state assorbite dal campione.

Un altro tipo di spettrometro IR è uno spettrometro a trasformata di Fourier (FT). Nello spettrometro FT, viene utilizzato un interferometro al posto di una griglia di diffrazione. Tutte le frequenze (o lunghezze d’onda, ν ~ 1/λ) raggiungono il rivelatore allo stesso tempo. Lo spettro è ottenuto da un calcolo matematico (una trasformata di Fourier). Lo spettrometro FT è più reattivo, preciso e preciso di uno spettrometro dispersivo.