Infrarotspektroskopie Flashcards
Prinzip
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
Unterteilung IR-Bereiches
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
Vorraussetzungen
Resonanzbedingung
Änderung des Dipolmoments
Quantifizierung (lambert-beer)
Schwingungen symmetrischer Molküle
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
Schwingungsarten
Valenzschwingungen (=Änderung der Bindungsstärke)
Deformationsschwingung (=Änderung der Bindungswinkel)
–> lokalisierte Schwingung
und Molekülschwingungen
Beziehung Molekülstruktur und Gruppenfrequenzen
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
Nachteile
jede einzelne Wellenlänge
Langsamer Detektor
Gerätetechnik
Einstrahlspektometer <-> Zweistrahlspektrometer
Scannende Spektrometer <-> Fourier Transform- Spektrometer
(Michelson-Inferometer)
Charakteristika der FTIR
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)
FTIR Strahlungsquellen
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]
FTIR Detektoren
Halbleiter Detektoren
Pyroelektische Detektoren
thermische Detektoren
Gase
Gaskvetten: Einfach- oder Vielfachreflexionsküvetten,
physikalische Länge 10 cm - 1 m
optische Wellenlänge bis zu 100 m
Open Path FTIR Spektroskopie
Feldmessungen mit optischen Weglängen bis zu einigen 100 m zwischen optischen Weglängen bis zu einigen 100 m zwischen Quellen und Detektor
Flüssigkeiten
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
Feststoffe
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]