Infrarotspektroskopie (IR) ist eine Analysetechnik, die die Absorption von Infrarotstrahlung durch Moleküle misst und so Informationen über molekulare Schwingungen und funktionelle Gruppen liefert. Es ist wichtig für die Identifizierung chemischer Bindungen, die Bestätigung der Identität von Verbindungen und die Überwachung von Reaktionen.

Prinzip der IR-Absorption

Moleküle absorbieren Infrarotstrahlung, wenn die Frequenz der Strahlung mit der natürlichen Schwingungsfrequenz einer chemischen Bindung übereinstimmt, wodurch sich die Bindung dehnt, verbiegt oder rockt. Damit eine Schwingungsmode IR-aktiv ist, muss sich das molekulare Dipolmoment während der Schwingung ändern. Das Spektrum wird als Transmissionsgrad (%) gegen Wellenzahl (cm-1) aufgetragen, wobei der mittlere IR-Bereich 4000–400 cm-1 umfasst.

Wichtige Spektralbereiche

Das IR-Spektrum ist in zwei Schlüsselbereiche unterteilt. Die funktionelle Gruppenregion (4000–1500 cm–1) enthält charakteristische Absorptionen für spezifische Bindungen wie O-H (3200–3600 cm–1), N-H (3300–3500 cm–1), C=O (1700–1750 cm–1) und C≡N (2200–2260 cm–1). Der Fingerabdruckbereich (1500–400 cm-1) bietet ein komplexes Absorptionsmuster, das für jedes Molekül einzigartig ist und zur Identifizierung von Verbindungen durch spektrale Anpassung verwendet wird.

Instrumentierung

Ein Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer (FT-IR) verwendet ein Interferometer, um alle Wellenlängen gleichzeitig zu erfassen und über Fourier-Transformation ein Spektrum zu erzeugen. Das Zubehörteil „Attenuated Total Reflectance“ (ATR) ermöglicht die direkte Messung fester oder flüssiger Proben ohne Vorbereitung. Im Transmissionsmodus umfasst die Probenvorbereitung KBr-Pellets oder Nujol-Mullys für Feststoffe und dünne Filme für Flüssigkeiten.

Probenhandhabung

Feststoffe können mit KBr gemahlen und zu einem transparenten Pellet gepresst oder direkt mit ATR gemessen werden. Flüssigkeiten werden zwischen NaCl- oder KBr-Salzplatten gegeben, die für IR-Strahlung transparent sind. Gase werden in speziellen Gaszellen mit langen Weglängen gemessen, um die Absorption zu verbessern.

Anwendungen

IR-Spektroskopie wird zur Identifizierung funktioneller Gruppen in der organischen Synthese und Naturstoffchemie, zur Bestätigung der Polymerzusammensetzung und von Abbauprodukten, zur forensischen Analyse von Farben, Fasern und Arzneimitteln sowie zur Überwachung des Reaktionsfortschritts und zur Erkennung von Zwischenprodukten in Echtzeit eingesetzt.