Analyysimenetelmät 5.4. Infrapunaspektrometria

Etusivu > Analyysimenetelmät > 5.4. Infrapunaspektrometria

5.4. Infrapunaspektrometria

Peruskäsitteet
Periaate
Infrapunaspektrometria (IR, infra red spectrometry) on tärkeimpiä menetelmiä molekyylien rakenteen tutkimuksessa, koska tärkeimmät molekyylien rakenteiden säännönmukaisuudet aiheuttavat infrapunasäteilyn emissiota tai absorptiota. Erityisesti orgaaniset molekyylit absorboivat infrapunasäteilyä, ja rekisteröimällä syntynyt absorptiospektri, voidaan suorittaa aineen kvalitatiivinen ja kvantitatiivinen analyysi. IR-menetelmän avulla mitataan tutkittavan näytteen kyky absorboida silmälle näkymätöntä infrapunasäteilyä. Useimmat IR-laitteet ilmoittavat tutkittavan näytteen lävitse kulkeneen säteilyn ja näytteeseen tulleen säteilyn voimakkuuksien suhteen, jota nimitetään transmittanssiksi eli läpäisysuhteeksi.

Soveltuvuus
Paitsi rakennetutkimukseen infrapunaspektrometria soveltuu ennestään tunnettujen orgaanisten yhdisteiden tunnistamiseen. Jokaisella orgaanisella yhdisteellä on sille ominainen infrapunaspektrinsä, jonka perusteella se voidaan tunnistaa aivan kuin ihminen sormenjäljistään.

Infrapunaspektrometria

Infrapuna-alueella esiintyvä absorptio johtuu pääasiassa tutkittavan yhdisteen molekyyleissä olevien atomien välisten sidosten värähtelyliikkeen vastaan ottamasta säteilyenergiasta. Säteilyn absorptio tapahtuu kullekin funktionaaliselle ryhmälle ominaisella aallonpituusalueella. Infrapunaspektrissä nämä absorptioalueet nähdään alaspäin suuntautuvina transmittanssin minimeinä. Minimeistä voidaan päätellä, mitä funktionaalisia ryhmiä tutkittavan yhdisteen molekyyli sisältää.

Taulukko 1. Orgaanisessa kemiassa tärkeitä ryhmäfrekvenssejä aaltolukuina cm^-1

IR-absorption aiheuttava sidos	Ryhmä	Spektrialue (cm^-1)
C-H	alkaanit	2850 - 2970 ja 1340 - 1470
C-H	alkeenit	3010 - 3095 ja 675 - 995
C-H	alkyynit	3300
C-H	aromaattinen rengas	3010 - 3100 ja 690 - 900
O-H	karboksyylihappo	3500 - 3650
N-H	amiinit ja amidit	3300 - 3500
C=C	alkeenit	1610 - 1680
-C=C-	alkyynit	2100 - 2260
-C-N	amiinit ja amidit	1180 - 1360
-C≡N	nitriilit	2210 - 2280

Kuva 1. Dispersiivisen IR-laitteen pääkomponentit

Kuva 2. Formaldehydin (H₂C = O) IR-spektri

FTIR-laitteisto
Tavallinen IR-spektrometri perustuu valon dispersioon. Infrapunaspektrejä voidaan myös mitata laitteilla, jotka perustuvat valon interferenssin mittaamiseen. Interferenssikuvan ja spektrin välillä vallitsee matemaattinen yhteys. Tämä yhteys tunnetaan nimellä Fourier-muunnos (FT, fourier transformation)

FTIR-laitteella on paljon parempi signaali-kohinasuhde ja FTIR-laite mittaa koko spektrin samassa ajassa, mikä dispersiivisellä laitteella tarvitaan yhden aallonpituuselementin mittaamiseen. Edellisen lisäksi FTIR-laitteella on suuri säteilyn läpäisykyky. Tämä ominaisuus on tärkeä infrapuna-alueella, sillä säteilylähteiden teho on pieni. Kolmantena merkittävänä etuna FTIR-laitteissa on parempi taajuuksien erotuskyky kuin dispersiivisissä laitteissa.

Lisätietoa Internetistä
http://www.chem.ucla.edu/~webspectra/irtable.html
http://www.chem.ucla.edu/~webspectra/irintro.html
http://wwwchem.csustan.edu/Tutorials/INFRARED.HTM
http://www.cem.msu.edu/~parrill/AIRS/name_list.html
http://www.infochembio.ethz.ch/links/en/spectrosc_ir_lehr.html
http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/irspec1.htm
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/vib/ir.html
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/spec/vib/ir-instr.html
http://chipo.chem.uic.edu/web1/ocol/spec/IR.htm

Etusivu > Analyysimenetelmät > 5.4. Infrapunaspektrometria

Edellinen | Seuraava