Infrarotspektroskopie Flashcards

1
Q

Prinzip

A

Absorptionsspektrokopie von Molekülen im IR-Bereich. Anregung von Schwingungs- und Rotationszuständen

Unterteilung des IR Bereiche

Wellenlänge: 0,8 - 100 mikrometer

Wellenzahl: 10 - 12500 1/cm

Wellenzahl = 10^4/Wellenlänge

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
2
Q

Unterteilung IR-Bereiches

A

Nahes IR: Obertonschwingungen funktioneller Gruppen, Kombinationsschwingungen

Mittleres Infrarot: qualitative + quantitative Info über funktionelle Gruppen und Gesamtmolekül

Fernes infrarot: Rotation und Schwingung kristalliner Substanzen; Skelettschwingungen großer Moleküle

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
3
Q

Vorraussetzungen

A

Resonanzbedingung

Änderung des Dipolmoments

Quantifizierung (lambert-beer)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
4
Q

Schwingungen symmetrischer Molküle

A

statisches Molekül

symmetrische Schwingung –> IR-inaktiv, da keine Änderung des Dipolmonents (aber Raman-aktiv)

asymmetrische Schwingung –> IR-aktiv, da Dipolmoment induziert wird und sich während der Schwingung ändert

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
5
Q

Schwingungsarten

A

Valenzschwingungen (=Änderung der Bindungsstärke)

Deformationsschwingung (=Änderung der Bindungswinkel)

–> lokalisierte Schwingung

und Molekülschwingungen

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
6
Q

Beziehung Molekülstruktur und Gruppenfrequenzen

A

Gruppenfrequenz: Frequenz der Normalschwingung einer funktionellen Gruppe

In erster Näherung unabhängig vom Restmolekül

abhängig von der Masse der beteiligten Atome

abhängig von der Bindungsstärke

–> beschreibbar durch das Modell des harmonischen Oszillators

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
7
Q

Nachteile

A

jede einzelne Wellenlänge

Langsamer Detektor

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
8
Q

Gerätetechnik

A

Einstrahlspektometer <-> Zweistrahlspektrometer

Scannende Spektrometer <-> Fourier Transform- Spektrometer
(Michelson-Inferometer)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
9
Q

Charakteristika der FTIR

A

Schnelligkeit der Datenaufzeichnung: Ein Scan erfordert < 1 s (Im Extremfall bis zu 50 ms!)

Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses durch Messwiederholung SNR = proportional zu sqrt(Zahl der Messungen)

Optimale Ausnutzung der Detektorempfindlichkeit, da “gesamte” Intensität auf den Detektor fällt und nicht nur ein “monochromatischer Ausschnitt Lamde +- delta damda

Exzellente Wellenzahlengenauigkeit

Variable teilweise sehr hohe Auflösung /R = propotional 1/delta x)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
10
Q

FTIR Strahlungsquellen

A

Globar: SiC STab auf 1500 ^C im direkten Stromdurchgang erhitzt

Nernst Strahler Si(Zr, Ce, La)O_x Stab, der auf 1200 - 2200 °C erhitzt wird

[schwarze Strahlungskörper]

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
11
Q

FTIR Detektoren

A

Halbleiter Detektoren

Pyroelektische Detektoren

thermische Detektoren

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
12
Q

Gase

A

Gaskvetten: Einfach- oder Vielfachreflexionsküvetten,
physikalische Länge 10 cm - 1 m
optische Wellenlänge bis zu 100 m

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
13
Q

Open Path FTIR Spektroskopie

A

Feldmessungen mit optischen Weglängen bis zu einigen 100 m zwischen optischen Weglängen bis zu einigen 100 m zwischen Quellen und Detektor

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
14
Q

Flüssigkeiten

A

Reinsubstanzen: Messung als Dünnfilm zwischen zwei optischen transparenten Fenstern (KBr, NaCl, CaF_2, ..)
Schichtdicke; d = 5 - 500 Mikrometer

verdünnte Substanzen: Küvetten mit d = 0,1 - 1 mm: Lösungsmittelflüssigkeit muss IR transparent sein

Gemische: nach Auftrennung mittels GC-(FT)IR

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
15
Q

Feststoffe

A

KbR Presslinge: Verpressen von ~1 mg Probe mit ~ 300 mg KBr unter hohem Druck zu Presslingen
(Problem: hygroskopisch, nicht quantitativ, Streueffekte)

Suspension in Nujol: Nujol = C25-KW
(Problem: zusätzliche Banden durch Nujol, Streueffekte)

Abgeschwächte Totalreflexion; sehr universelle Form der Probenvorbereitung, nicht nur für Feststoffe

[Adsorption meist zu stark]

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
16
Q

Abgeschwächte Totalreflexion (ATR)

A

selektive Abschwächung der an einer Phasengrenzfläche totalreflektieren Strahlung durch spezifische Absorption der anliegenden Probe

[Brechungsgesetz]

17
Q

ATR Vorraussetzung

A

Brechungsindex des ATR-Prismas oder-Kristalles größer als der des angrenzenden Mediums

18
Q

ATR Informationstiefe

A

ein bis einige mikrometer (abhängig von n_1 und n_2 und dem Einfallswinkel

19
Q

ATR Anwendungen

A

Oberflächen- und Dünnfilmanalytik, Messung in stark absorbierenden (flüssigen) Medien, Prozessanalytik

20
Q

Einsatzgebiete FTIR - Strukutranalyse

A

Insbesondere
- in Verbindung mit anderen spektroskopischen Techniken (UV, MS, NMR) oder
- mit Vorinformationen (z.B. Ausgangsprodukt in einer Reaktionssequenz)
- oder anderen Zusatzinformationen (z.B. organische Elementaranlytik)

Identifikation unbekannter Substanzen durch
- Interpretation der Spektren oder
- Suche in Spektrenbibliotheken

21
Q

Einsatzgebiete FTIR - Qualitative verbindungsspezifische Analyse
eifenschaften

A

(=Substanzidentifikation anhand des charakteristischen IR-Spektrums)

  • meist über Vergleich mit (digitalen) Spektrenbibliotheken
  • schnell
  • zerstörungsfrei
  • erfordert minimale Probenvorbereitung
  • mäßige Empfindlichkeit (mikrogramm)
22
Q

Einsatzgebiete FTIR - Quantitative verbindungsspezifische Analyse

A
  • meist in Verbindung mit vorhergehender Trennung von Gemischen (GC, auch DC)
  • für die Gasanalyse (als dispersives und nicht-dispersives Verfahren; NDIR = nicht-dispersive IR-Spektrometrie –> sehr wichtig für Umwelt- und Prozessanalytik)
23
Q

Einsatzgebiete FTIR - Oberflächenanalyse

A
  • mittels ATR-IR-Spektroskopie
  • mittels IR-Mikroskopie –> für Untersuchung von Adsorbaten z.B. in der Katalysenforschung