Infraroodspectroscopie
Infraroodspectroscopie is een vorm van spectroscopie die werkt met het infrarode deel van het elektromagnetisch spectrum.
Infraroodspectroscopie is een vorm van molecuulspectroscopie, een techniek waarmee de structuur van een molecuul kan worden bepaald, en niet alleen de samenstelling van de elementen.
Infraroodspectroscopie is gebaseerd op de trillingsfrequenties van de chemische bindingen in de molecule. Elk type chemische binding wordt gekarakteriseerd door zijn sterkte en door de massa van de twee atomen aan weerszijden. Samen bepalen deze twee massa's en de stijfheid van de binding een resonantiefrequentie voor buiging en een andere resonantiefrequentie voor strekking van die binding. Voor de bindingen in organische verbindingen geldt dat deze frequenties overeenkomen met die van infrarood licht.
Om het infraroodspectrum van een monster te bepalen wordt een fijne bundel infrarood licht door het monster geschenen. Door vergelijking met een referentiebundel met dezelfde lichtintensiteit wordt gemeten hoeveel van het licht van elke frequentie door het monster wordt geabsorbeerd. Men bepaalt zo de absorptie van golven met een golflengte van 2.5 micrometer tot 17 micrometer (in de infraroodspectroscopie wordt dit vaak uitgedrukt als het aantal golven per centimeter: 600 cm-1 tot 4000 cm-1 ).
Met behulp van moderne infraroodspectrometers, chemometrie en spectrale databanken kan uit een volledig infraroodspectrum een verbinding meestal uniek worden herkend.
Inhoud |
[bewerk] Monstervoorbereiding
Watervrije vloeibare monsters voor infraroodspectroscopie kunnen worden ingesloten tussen twee platen van een zeer zuiver zout. Deze platen hebben geen covalente chemische bindingen en worden gekozen op basis van hun transparantie voor infrarood licht. Men gebruikt dikwijls NaCl (keukenzout) en KBr.
Vaste monsters worden in een mortier verpoederd; het poeder wordt met kaliumbromide poeder gemengd en onder hoge druk in een tabletvorm geperst. De tablet wordt zo sterk geperst dat de infraroodstraling niet door insluitingen wordt tegengehouden; dit kan met een handpers worden bereikt.
[bewerk] Fourier Transform infraroodspectroscopie
Fourier Transform Infraroodspectroscopie (FTIR) is een alternatieve manier om infraroodspectra op te nemen. In plaats van het meten van de absorptie als functie van de frequentie met behulp van een monochromator wordt het infraroodlicht door een interferometer geleid. Het gemeten signaal is direct de Fouriertransformatie van het infraroodspectrum. Hieruit wordt met behulp van een computer het infraroodspectrum berekend en weergegeven.
Omdat een interferometer tegenwoordig goedkoper is dan een monochromator, is een FTIR instrument niet alleen sneller, maar ook goedkoper dan een traditioneel apparaat. Omwille van deze redenen zijn vrijwel alle moderne infraroodspectrometers van het FTIR type.
[bewerk] Toepassingen
Infraroodspectroscopie wordt veel gebruikt, zowel in onderzoek als industrie, omdat het een eenvoudige en betrouwbare methode is om een stof te herkennen, of de zuiverheid en/of samenstelling van een monster vast te stellen. De spectrometers zijn kleine apparaten die eenvoudig getransporteerd kunnen worden, zodat metingen ter plaatse kunnen worden uitgevoerd. Verregaande automatisering en databases zorgen ervoor dat het apparaat zelf al een groot aantal spectra kan herkennen.
Door de absorptie van een bepaalde frequentie over de tijd te volgen, kan de hoeveelheid of de precieze aard van een chemische binding worden gevolgd. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een polymerisatiereactie te volgen. Een modern apparaat kan een heel spectrum tot wel 30 keer per seconde opnemen, indien gewenst ook tegelijk met andere analyses.
Door gebruik te maken van de karakteristieke absorptie van specifieke stoffen, kan infraroodspectroscopie ook gebruikt worden voor de continue meting van de aanwezigheid van bepaalde componenten, zoals de concentratie van stikstofoxiden of koolmonoxide in rookgassen.
[bewerk] Uitsmijter
CO2 absorbeert infraroodlicht rond 2350 cm1. Wanneer infraroodfotonen geabsorbeerd worden door moleculen, worden ze omgezet in warmte. CO2 heeft dan ook een belangrijk aandeel in het broeikaseffect. Zonder dit broeikaseffect zou alle leven op aarde onmogelijk zijn wegens de koude. De verhoging van de concentratie CO2 in de atmosfeer verhoogt wellicht dan ook de temperatuur op aarde. Voor meer info zie het artikel over het broeikaseffect.
