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IR-Spektroskopie

Prinzip

Die Infrarotspektroskopie ist ein physikalisches Analyseverfahren, mit dem anhand von Referenzspektren unbekannte Proben identifiziert werden können.
Im infraroten Bereich unterscheidet man:

  • FIR (fernes Infrarot; λ = 25 – 1000 μm; Wellenzahl: 400–10 cm-1
  • MIR (mittleres Infrarot; λ = 2,5–25 μm; Wellenzahl: 4000–400 cm-1
  • NIR (nahes Infrarot; λ = 0,8 – 2,5 μm; Wellenzahl: 12500–4000 cm-1

Moderne Spektrometer (gilt sowohl für die IR-Spektroskopie, als auch für die NMR-Spektroskopie) arbeiten nach dem Fourier–Transformationsprinzip (FT-IR bzw FT-NMR). Hierbei werden alle Frequenzen auf einmal auf die Probe gegeben und anschließend das Messsignal mathematisch in die einzelnen Frequenzen zerlegt. Herzstück eines solchen modernen Spektrometers ist das Michelson-Interferometer.
Diese Methode ist vergleichbar mit einem auf einem Musikinstrument gespielten Akkord, bei dem mehrere Noten gleichzeitig gespielt werden. Durch die Fourier-Transformation wird dieser Akkord in die einzelnen Noten aus denen er besteht, zerlegt.

Durch die eingestrahlte IR-Strahlung können, abhängig von der Wellenlänge, verschiedene Anregungsprozesse stattfinden.
Im FIR-Bereich werden vorwiegend Rotationsübergänge von kleinen Molekülen angeregt. Im MIR- und NIR-Bereich werden Schwingungsübergänge innerhalb eines Moleküls oder einer chemischen Bildung angeregt.
Eine wichtige Voraussetzung, dass diese Zustände angeregt werden können, sind frei bewegliche Elektronen innerhalb des Moleküls oder der Bindung. Nur dann kann es eine Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Molekül geben (IR-aktiv). Ist diese Voraussetzung nicht erfüllt, können solche Verbindungen meistens mittels Raman-Spektroskopie untersucht werden (IR-inaktiv heißt sehr oft Raman-aktiv).


IR-Spektrum

Spektrum von fünf Calciumcarbonat-Mineralien
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Spektrum von fünf Calciumcarbonat-Mineralien

TRAVETIN

Copyright: Moni
Beitrag: Mineralienatlas 2004-03-07
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Ein typisches IR-Spektrum zeigt das Bild rechts. Untersucht wurden fünf unterschiedliche Calciumcarbonat-Proben.
Im Gegensatz zur UV-Spektroskopie wird die Wellenzahl gegen die Transmission und nicht gegen die Absorption aufgetragen.

Die Bande, oder auch Spektrallinie genannt, bei 3400 cm-1 ist die OH-Schwingung im Mineral sprich Wasser. Die als wesentlich ins Auge fallende Bande bei 1400 cm-1 die der Carbonatbande, dazu zählen auch die zwei "spitzen" Schwingungen bei 700 und 850 cm-1. Die Intensität (Höhe und Breite) insbesondere der 1400 cm-1-Bande wird durch die verwendete Materialmenge bei der Messung bestimmt. Alle fünf Substanzen stammen von unterschiedlichen Fundorten.



Quellen

  • Physikalische Chemie; VCH-Verlag; Atkins, Peter W., zweite Auflage; 1996
  • Verfasser: Hg
  • Spektrum: Moni

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