13.1 : Infrarotspektroskopie (IR): Übersicht

Wenn elektromagnetische Strahlung durch ein Material dringt, wechseln Atome oder Moleküle von einem niedrigeren in einen höheren Energiezustand, indem sie Strahlung absorbieren, die der Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen entspricht. Die Absorption von Infrarotstrahlung (IR) verursacht Übergänge zwischen Schwingungsenergieniveaus in einem Molekül. Daher ist die IR-Spektroskopie ein nützliches Analyseinstrument zur Bestimmung der Molekülstruktur von Molekülen.

Verschiedene Verbindungen weisen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen einzigartige Eigenschaften auf, wodurch die IR-Spektroskopie zur Bestimmung der vorhandenen funktionellen Gruppen verwendet werden kann. Die Schwingungs-IR-Spektroskopie wird im Wellenlängenbereich von 2,5 bis 25 µm durchgeführt. Ein Molekül gilt als IR-aktiv, wenn es bei der Absorption von IR-Strahlung während der Schwingung eine Änderung des Dipolmoments aufweist. Damit ein Molekül IR-Strahlung effektiv absorbieren kann, müssen seine Schwingungen seine Dipolmomente schwanken lassen, damit es mit dem elektromagnetischen Feld des IR-Lichts interagieren kann.

Da verschiedene funktionelle Gruppen IR-Strahlung bei unterschiedlichen Frequenzen absorbieren, ist das IR-Spektrum so etwas wie der „Fingerabdruck“ jedes Moleküls. Die IR-Spektroskopie wird hauptsächlich in der qualitativen Analyse eingesetzt, um die funktionellen Gruppen in organischen und anorganischen Verbindungen zu identifizieren, indem ihre Schwingungsfrequenzen mit bekannten Verbindungen verglichen werden. Darüber hinaus kann sie die Konzentration einer Substanz bestimmen, indem sie das Lambert-Beersche Gesetz anwendet, bei dem die Absorption proportional zur Konzentration ist.