Die IR-Spektroskopie
Die IR-Spektroskopie ist eine Methode, um funktionelle Gruppen (charakteristische „Molekülstrukturen“) zu identifizieren.
Bei Absorption von IR-Strahlung kann ein Molekül zu einer Molekülschwingung angeregt werden.
Diese Anregung kann man anhand eines vereinfachten Modell darstellen.
Die Atome X und Y weisen die Massen m₁, m₂ auf und sind über eine Stahlfeder miteinander verbunden.
Modell der Molekülschwingung
Die Feder kann sich mit einer bestimmten Frequenz dehnen und zusammenziehen.
Die Schwingung ist abhängig von der Masse und der Stärke der Bindung zwischen den Atomen.
Somit lässt sich diese Bewegung mit Hilfe des Hookeschen Gesetzes beschreiben.
Moleküle weisen eine Vielzahl an möglichen Bewegungen auf.
Dementsprechend sind die IR-Spektren sehr informationsreich und nicht nur über einfache Peaks („Ausschläge“) darstellbar.
Neben Schwingungen treten in Molekülen Biegebewegungen, Pendel-, Torsions- und Kippschwingungen auf. Außerdem können diese miteinander in Kombination stehen.
So umfangreich die Bewegungsmuster in einem organischen Molekül auch sein können, so charakteristisch sind die IR-Banden (Messergebnisse) schließlich für die entsprechenden funktionellen Gruppen. Jede Verbindung weist wie ein Fingerabdruck eines Menschen ihr unverwechselbares Spektrum auf.
Der Fingerprint-Bereich eines Moleküls befindet sich im Wellenlängen-Absorptionsbereich zwischen 600 und 1500 cm⁻¹.
Ein typisches IR-Spektrum umfasst einen Bereich (Wellenzahl ) von 600 bis 4000 cm⁻¹ (= reziproker Wert der Wellenlänge [1/ λ] des absorbierten Lichts von ca. 2,5 – 16,7µm)
Beispiel für ein IR-Spektrum
Lichtspektrum: Eosin
Lichtspektrum: Fluorescein
Ein Molekül kann also nun entsprechend Energie absorbieren und wieder abgeben. Diesen Effekt nutzt man bei der IR-Spektroskopie aus.
Eine Absorption von Energie ist im oben erwähnten IR-Spektrum als ein Rückgang der Intensivität (also ein Einbruch des Graphen) zu erkennen.
Da bestimmte Molekül-Bausteine in bestimmten Wellenlängenbereichen absorbieren, entstehen für jedes einzelne Molekül spezifische Spektren.
In Bereichen der Wellenlängen über 1500 cm-1 können verschiedene funktionelle Gruppen erkannt werden, der Bereich darunter ist der sog. „Fingerprint“ (siehe Bild oben), dieser ist wie der Fingerabdruck eines Moleküls, da dieser für jedes Molekül einzigartig ist.