gebruik van IR spectroscopie

absorptie van infrarode straling brengt veranderingen in moleculaire trillingen teweeg.bij het bestuderen van infrarode spectroscopie kijken we naar de manieren waarop bindingen in moleculen trillen (zie video in de vorige paragraaf).

Atoomgrootte, bindingslengte en sterkte variëren in moleculen en dus zal de frequentie waarmee een bepaalde binding infrarode straling absorbeert verschillen over een reeks bindingen en trillingsmodi. Het meten van de absorptie van infrarode straling door een materiaal geeft zeer nuttige informatie over de structuur.

aangezien geen twee organische verbindingen hetzelfde IR-spectrum hebben, kan een verbinding met zekerheid worden geïdentificeerd door zijn spectrum te vergelijken met dat van een bekende zuivere verbinding. Als ze identiek zijn, dan zijn ze één en dezelfde.

het elektromagnetische spectrum bestrijkt een zeer breed scala van golflengten, en daarom worden verschillende eenheden gebruikt in verschillende gebieden.

voor zeer korte golflengten wordt de voorkeur gegeven aan nanometers (1 nm = 10-9 m).

In het infrarode gebied kunnen golflengten worden uitgedrukt in microns (μ).Wavenumbers zijn het aantal golven per cm en worden vaak aangeduid als reciproque centimeters (cm-1):

in een typisch spectrum vindt de absorptie van C – H plaats bij 3000 cm-1, terwijl de absorptie van C = O plaatsvindt bij 1740 cm-1 bij een lager wavenumer, een hogere frequentie en een hogere energie dan de uitrektrilling van C – H.

NB: organische chemici verwijzen losjes naar wavenumbers als “frequentie” en dus zie je in boeken en andere bronnen spectra gelabeld als “frequentie (cm-1)”. infraroodspectroscopie wordt zowel in het onderzoek als in de industrie veel gebruikt en is een eenvoudige en betrouwbare techniek die wordt gebruikt voor diverse metingen en voor kwaliteitscontrole. Het is vooral nuttig in de forensische wetenschap, zowel in strafrechtelijke als civiele zaken. Spectrometers zijn nu klein en kunnen gemakkelijk worden getransporteerd, zelfs voor gebruik in veldproeven. Met de toenemende vooruitgang in de nieuwe technologie, kunnen monsters in oplossing nu nauwkeurig worden gemeten (water produceert een brede absorptie over het hele bereik van belang, en maakt dus de spectra onleesbaar zonder deze nieuwe technologie).

sommige instrumenten zullen u ook automatisch vertellen wat een stof is door deze te verwijzen naar een opslag van duizenden spectra die in opslag is.
door met een specifieke frequentie in de tijd te meten, kunnen veranderingen in het karakter of de hoeveelheid van een bepaalde binding worden gemeten. Dit is met name nuttig bij het meten van de polymerisatiegraad bij de vervaardiging van polymeren of bij de identificatie van bijvoorbeeld degradatie van polymeren.
de ontwikkeling van de vorming van een epoxyhars die wordt gehard door een amine cross-linking agens kan worden gecontroleerd door het verschijnen van een hydroxygroep in het spectrum van een polymeriserend monster te observeren (of door het verdwijnen van een epoxygroep).

moderne onderzoeksinstrumenten kunnen infraroodmetingen over het hele gebied van belang maar liefst 32 keer per seconde uitvoeren. Dit kan worden gedaan terwijl gelijktijdige metingen worden gedaan met behulp van andere technieken. Dit maakt de waarnemingen van chemische reacties en processen sneller en nauwkeuriger. De infrarode spectroscopie is zeer succesvol geweest voor toepassingen in zowel organische als anorganische chemie.

een tweede type IR-spectrometer is een dispersieve spectrometer. De roterende spiegel M reflecteert tijdelijk de referentiebundel naar de machineoptiek terwijl de monsterbundel wordt geblokkeerd. Referentiebundel en monsterbundel worden afwisselend geblokkeerd en gereflecteerd. Het diffractierooster verspreidt de IR in een ‘spectrum’ van golflengten; deze reeks wordt gereflecteerd aan de detector. Het thermokoppel zet de verschillende golflengten van IR die het bereiken om in een signaal dat als spectrum wordt voorgesteld. Het verschil tussen referentie-en steekproefsignalen toont aan welke delen van het spectrum door de steekproef zijn geabsorbeerd.

een ander type IR-spectrometer is een Fourier Transform (FT) spectrometer. In de FT-spectrometer wordt een interferometer gebruikt in plaats van een diffractierooster. Alle frequenties (of golflengten, ν ~ 1/λ) bereiken de detector op hetzelfde moment. Het spectrum wordt verkregen door een wiskundige berekening (een fouriertransformatie). De FT spectrometer is responsiever, nauwkeuriger en nauwkeuriger dan een dispersieve spectrometer.