Infravörös spektroszkópia

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát. Részletek a cikk vitalapján.

Az infravörös spektroszkópia a kémiai analitika egy elemzési módszere, mely a színképelemzés (spektroszkópia) tárgykörébe tartozik.

A módszer lényege, hogy a vizsgálandó mintát besugározzuk az infravörös sugárzás tartományába (hullámhossza: 780 nm – 300 μm, hullámszáma: 300 cm^-1- 12 500 cm^-1 és frekvenciája: 300 GHz – 384 THz) eső elektromágneses sugárzással és ennek valamilyen változását mérjük. Az ún. rezgési spektroszkópia további módszerei a Raman spektroszkópia, a neutron molekulaspektroszkópia, az alagútelektron spektroszkópia és a elektronszórásos rezgési spektroszkópia. Az infravörös spektroszkópia élelmiszeriparban és agykutatásban használt különleges fajtája a közeli infravörös spektroszkópia.

Tartalomjegyzék 1 Az infravörös sugárzás hatásai a molekulákra 2 A molekulák rezgései 3 Az infravörös spektrum 4 Forrás

[szerkesztés] Az infravörös sugárzás hatásai a molekulákra

A molekuláknak három jellegzetes mozgástípusuk van:

• transzláció (elmozdulás)
• rotáció (elfordulás)
• vibráció (rezgés)

A transzláció és rotáció a legkisebb energiát igénylő mozgásfajták, melyek már az infravörös sugárzásnál kisebb energiájú mikrohullámú sugárzással is gerjeszthetők. Ezen mozgások során a molekulán belüli szögek és távolságok közel állandóak, így az egész molekula végzi a mozgást. A rezgések esetében a molekulán belüli kötésszögek és távolságok változnak, a molekula átlagos helyzete és orientációja változatlan marad. A rezgések nagyobb energiát képviselnek így a rezgési állapotok megváltoztatása energia szempontjából legalább infravörös sugárzással kell hogy történjen.

[szerkesztés] A molekulák rezgései

Egy N atomból álló molekulának 3N-6 független rezgése van (lineáris molekula esetében 3N-5). Ez abból következik, hogy minden atom a tér 3 irányba mozoghat szabadon (például x, y, z). Ebből le kell számítani a teljes molekula együttes elmozdulását (3 irány) és elfordulását (3 irány, de ha a molekula lineáris, vagyis az atomok egy egyenesre esnek, akkor ezen egyenes szerinti elforgatás nem változtat a molekulán, így ekkor csak 2 irány). A független rezgéseket normálrezgéseknek nevezzük. A normálrezgések során az egész molekula ugyanazzal a frekvenciával rezeg, ezt a frekvenciát nevezzük normálfrekvenciának.

A valóságban az infravörös (IR = infrared) spektrumban (vagyis a teljes IR tartományban az anyag által okozott változás) nem 3N-6 vagy 3N-5 jelet látunk. Egyes tényezők a jelek (sávok) számát növelik:

• felhangok, az alapállapotból történő gerjesztés nem az első, hanem a magasabb energiaállapotokba történik.
• kombinációs és differenciasávok, melyek két normálrezgés összegénél és különbségénél jelentkezhetnek bizonyos szimmetriafeltételek esetén.

Ezek általában kicsi intenzitással jelentkeznek, így a legtöbb spektrumban nincs jelentős hatásuk. Más tényezők a spektrum sávjainak csökkenését okozzák:

• degeneráció – két vagy több normálrezgés frekvenciája megegyezik.
• nem minden normálrezgés "IR-aktív" (az IR-aktivitás feltétele, hogy a molekula rezgése során változzon a dipólusmomentuma, ha ez nem történik meg, az infravörös színképre az adott rezgés nem lesz hatással).
• igen kis intenzitású sávok nem emelkednek ki a zajból, ezért nem különböztethetők meg.

A rezgések típusai:

• Vegyértékrezgés (kötésnyúlás) – két atom közötti kötés nyúlik illetve rövidül. Ez a rezgéstípus nagyobb energiájú.

Szimmetrikus vegyértékrezgés	Aszimmetrikus vegyértékrezgés

• Deformációs rezgések – A kötéstávolság nem változik csak a kötésszög. Ezen rezgésfajták kisebb energiájúak.

Ollózó (síkbeli aszimmetrikus)	Kaszáló (síkbeli szimmetrikus)	síkra merőleges szimmetrikus	síkra merőleges aszimmetrikus

A deformációs rezgések közé tartozik még a torziós rezgés is, mely több atom esetében a térbeli torziós szög megváltozását jelenti.

[szerkesztés] Az infravörös spektrum

Az infravörös spektroszkópia alapulhat az IR sugárzás elnyelésén (abszorpció), visszaverésén (reflexió) és kibocsátásán (emisszió). Az IR spektroszkópiában az emissziós technika nem terjedt el. Leggyakrabban az abszorpciós technikát használjuk. Ennek során az anyag az ő rezgéseinek megfelelő hullámszámú fényt nyeli el és a spektrumban abszorpciós sáv jelenik meg. A spektrum általában a transzmittanciát vagy az abszorbanciát ábrázolja a hullámszám függvényében. Az infravörös tartomány fő részei:

1. a távoli infravörös tartomány (10 – 300 cm^-1): nehézatomok vegyérték- és deformációs rezgései, torziós rezgések, kristályrács rezgései, némely forgási átmenet.
2. analitikai infravörös tartomány (300 – 4000 cm^-1): vegyérték és deformációs rezgések tartománya.
   1. ujjlenyomat tartomány (deformációs rezgések) (300 – 1500 cm^-1): adott vegyületre jellemző és egyedi.
   2. vegyértékrezgések tartománya (1500 – 4000 cm^-1): Jellegzetes csoportok rezgései találhatók meg itt. Ez a tartomány így nem a vegyületre, hanem a bennük található csoportokra karakterisztikus.
3. a közeli infravörös tartomány (NIR = Near Infrared, 4000 – 12 500 cm^-1): ebben a tartományban főképp a felhangok és a kombinációs sávok jelennek meg.

[szerkesztés] Forrás

• Pokol György, Sztatisz Janisz: Analitikai kémia I., Műegyetemi kiadó, Budapest, 1999
• Holly Sándor, Sohár Pál: Infravörös spektroszkópia, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,1968

m·v·sz  Spektroszkópia

Atomspektroszkópia • Atomemissziós spektroszkópia • Elektronspin rezonancia spektroszkópia • Atomfluoreszcenciás spektroszkópia • Gamma spektroszkópia • Infravörös spektroszkópia • Lézerrel indukált plazma spektroszkópia • Mössbauer spektroszkópia • Mágneses magrezonancia spektroszkópia • Raman spektroszkópia • Rezonanciasegített multifoton-ionizáció • Mikrohullámú spektroszkópia • Terahertz spektroszkópia • Ultraibolya-látható spektroszkópia • Röntgen spektroszkópia