La spettroscopia a infrarossi (IR) viene utilizzata per analizzare le molecole. Esistono molti tipi di spettroscopia che vengono utilizzati per determinare diverse proprietà e caratteristiche di una molecola. La strumentazione della spettroscopia IR viene utilizzata per chiarire quali gruppi sono presenti in un campione.
La banda di radiazione IR comprende lunghezze d’onda di 800-1,000,000 nanometri. Questa luce è invisibile all’occhio umano, sebbene gli effetti della radiazione IR siano percepiti come calore. La gamma di radiazioni utilizzata nella strumentazione per spettroscopia IR è di 2,500-16,000 nanometri. Questo intervallo è chiamato regione di frequenza di gruppo.
I legami chimici in una molecola possono allungarsi, piegarsi o torcersi quando esposti alle radiazioni IR. Ciò si verifica a una lunghezza d’onda che è unica per ogni legame e ogni tipo di vibrazione. Pertanto, la presenza di un legame specifico è caratterizzata su uno spettro IR dall’assorbimento della radiazione a un insieme discreto di lunghezze d’onda.
La strumentazione di spettroscopia IR convenzionale richiede una sorgente di radiazione, un contenitore per il campione e sensori IR per rilevare quali lunghezze d’onda sono passate attraverso il campione. Lo spettrometro IR tradizionale è chiamato spettrometro a reticolo dispersivo. Funziona dividendo la radiazione dalla sorgente IR in due flussi, uno dei quali passa attraverso il campione e l’altro viene utilizzato come controllo. Lo spettrometro confronta l’assorbimento relativo dal controllo e dal campione per calcolare l’assorbimento relativo per ciascuna lunghezza d’onda.
La sorgente IR è tipicamente un solido che è stato riscaldato a più di 2,700 gradi Fahrenheit (circa 1,500 gradi Celsius). Le fonti includono fili o filamenti elettrici avvolti, carburo di silicio e ossido di metalli delle terre rare. Il campione può essere solido, liquido o gassoso. Può anche essere in soluzione liquida, ma in questo stato bisogna fare attenzione a distinguere tra assorbimenti da parte del solvente e assorbimenti da parte del campione disciolto.
La fine del XX secolo e l’inizio del XXI secolo hanno visto molti progressi nella strumentazione della spettroscopia IR. L’analisi degli spettri IR, originariamente condotta manualmente, è diventata computerizzata. Gli spettrometri IR a trasformata di Fourier (FTIR) offrivano risultati molto più precisi, accurati e sensibili rispetto alla tecnologia IR a reticolo dispersivo.
In pratica, le presenze di gruppi chimici in una molecola vengono determinate tramite un processo di eliminazione. Ad esempio, l’assorbimento a un particolare insieme di lunghezze d’onda implica la presenza di un doppio legame carbonio-ossigeno, il che significa che il composto potrebbe contenere una gamma di gruppi organici. Un ulteriore assorbimento a un’altra lunghezza d’onda suggerisce che esiste anche un legame singolo carbonio-ossigeno, il che significa che il campione contiene un gruppo carbossilico (-CO2-). La presenza di almeno un gruppo acido carbossilico (-CO2-H) sarebbe confermata se si osservasse l’assorbimento ad una lunghezza d’onda corrispondente ad un gruppo ossidrile (-OH).