Infrarot (IR)-Spektroskopie wird verwendet, um Moleküle zu analysieren. Es gibt viele Arten der Spektroskopie, die verwendet werden, um verschiedene Eigenschaften und Eigenschaften eines Moleküls zu bestimmen. IR-Spektroskopie-Instrumente werden verwendet, um aufzuklären, welche Gruppen in einer Probe vorhanden sind.
Das IR-Strahlungsband umfasst Wellenlängen von 800-1,000,000 Nanometer. Dieses Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar, obwohl die Wirkung der IR-Strahlung als Wärme empfunden wird. Der in IR-Spektroskopie-Instrumenten verwendete Strahlungsbereich beträgt 2,500-16,000 Nanometer. Dieser Bereich wird als Gruppenfrequenzbereich bezeichnet.
Chemische Bindungen in einem Molekül können sich strecken, biegen oder verdrehen, wenn es IR-Strahlung ausgesetzt wird. Dies geschieht bei einer Wellenlänge, die für jede Bindung und jede Schwingungsart einzigartig ist. Daher wird das Vorhandensein einer spezifischen Bindung in einem IR-Spektrum durch die Absorption von Strahlung bei einem diskreten Satz von Wellenlängen charakterisiert.
Herkömmliche IR-Spektroskopie-Instrumente erfordern eine Strahlungsquelle, einen Behälter für die Probe und IR-Sensoren, um zu erkennen, welche Wellenlängen die Probe durchdrungen haben. Das traditionelle IR-Spektrometer wird als dispersives Gitterspektrometer bezeichnet. Dies funktioniert, indem die Strahlung der IR-Quelle in zwei Ströme geteilt wird, wobei ein Strom die Probe durchquert und der andere als Kontrolle verwendet wird. Das Spektrometer vergleicht die relative Absorption von der Kontrolle und der Probe, um die relative Absorption für jede Wellenlänge zu berechnen.
Die IR-Quelle ist typischerweise ein Feststoff, der auf mehr als 2,700 Grad Fahrenheit (etwa 1,500 Grad Celsius) erhitzt wurde. Quellen umfassen gewickelte elektrische Drähte oder Filamente, Siliziumkarbid und Seltenerdmetalloxid. Die Probe kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Es kann auch in flüssiger Lösung vorliegen, aber in diesem Zustand muss sorgfältig zwischen Absorptionen durch das Lösungsmittel und Absorptionen durch die gelöste Probe unterschieden werden.
Im späten 20. und frühen 21. Jahrhundert gab es viele Fortschritte bei der Instrumentierung der IR-Spektroskopie. Die ursprünglich manuell durchgeführte Analyse von IR-Spektren wurde computerisiert. Fourier-Transformations-IR (FTIR)-Spektrometer lieferten weitaus präzisere, genauere und empfindlichere Ergebnisse als die IR-Technologie mit dispersiven Gittern.
In der Praxis wird das Vorhandensein chemischer Gruppen in einem Molekül durch einen Eliminationsprozess bestimmt. Zum Beispiel impliziert die Absorption bei einem bestimmten Satz von Wellenlängen das Vorhandensein einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung, was bedeutet, dass die Verbindung eine Reihe von organischen Gruppen enthalten könnte. Eine weitere Absorption bei einer anderen Wellenlänge deutet darauf hin, dass auch eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Einfachbindung vorliegt, was bedeutet, dass die Probe eine Carboxylgruppe (-CO2-) enthält. Die Anwesenheit von mindestens einer Carbonsäuregruppe (-CO 2 -H) würde bestätigt, wenn eine Absorption bei einer Wellenlänge beobachtet wird, die einer Hydroxylgruppe (-OH) entspricht.