Infracrvena spektroskopija (IR) za početnike

Šta je IR spektroskopija?

Infracrvena ili IR spektroskopija je jedna od metoda koja nam pomaže da odredimo strukturu nepoznatog molekula propuštanjem infracrvenog zračenja kroz uzorak. Nakon prolaska kroz kivetu sa nepoznatim jedinjenjem, intenzitet upadnog zraka se smanjuje, znači, molekuli jedinjenja iz kivete apsorbuju jedan deo zračenja.

Ako analiziramo taj izlazni, oslabljeni zrak po frekvencijama, videćemo da je slabljenje posebno izraženo u određenim oblastima frekvencije. Donja slika (spektar) pokazuje zavisnost transmitancije (odnos intenziteta izlaznog i ulaznog zraka) od frekvencije odnosno talasnog broja ( recipročne vrednosti talasne dužine 1/λ)

Pretpostavljam da vam gornji grafik ne kazuje puno, ako ste početnik u oblasti spektroskopije. Čak izgleda prilično zbunjujuće, ali ipak, nedovoljno komplikovano da ne pokušamo da ga odgonetnemo. Krenućemo od samog imena ove metode - infracrvena spektroskopija? Infracrveno zračenje je naime elektromagnetno zračenje kao i svetlost ili kao radio talasi i kao i svako elektromagnetno zračenje karakteristično je po svojoj talasnoj dužini. Infracrveno zračenje karakterišu talasne dužine od 800 nm do 1mm. Dakle nalazi se između oblasti vidljive svetlosti i mikrotalasnog zračenja.

Odakle potiče infracrveno zračenje?

Jednostavno rečeno: IR zračenje nastaje u molekulima kao posledica vibracija oko hemijske veze. Naravno i infracrveno zračenje kao i svako elektromagnetno zračenje nastaje kao posledica periodičnog kretanja-oscilovanja naelektrisanja. Znači da bi mogao da emituje ili apsorbuje IR zračenje molekul mora da ima različita naelektrisanja na krajevima veze oko koje osciluje. Što je diplni momenat veći to će i intenzitet IR zračenja biti veći. Molekul se ponaša slično mehaničkom oscilatoru, pri čemu se rastojanje između dva atoma u molekulu, povezanih hemijskom vezom naizmenično povećava i smanjuje (osciluje) oko ravnotežnog položaja.

Na slici vidimo oscilovanje duž hemijske veze atoma u molekulu vode. Kao posledica ovog oscilatornog kretanja dolazi do emisije IR zračenja, čija će talasna dužina da zavisi od dva faktora. Slično mehaničkom oscilatoru kod koga frekvencija zavisi od mase tegova i elastičnosti opruge, kod molekula frekvencija odnosno talasna dužina zavisi od mase atoma i od jačine hemijske veze među njima.

Šta nam talasna dužina infracrvenog zračenja govori o molekulu?

S'obzirom na to da frekvencija vibracija o kojima pričamo, zavisi od težine, pa samim tim i vrste atoma i jačine odnosno vrste hemijske veze, mogli bismo da očekujemo da nam frekvencija IR zračenja koje apsorbuje neki molekul upravo govori o vrsti atoma i hemijskoj vezi u molekulu. Na sreću u praksi situacija nije mnogo drugačija od naše pretpostavke. Određene hemijske funkcionalne grupe mogu se identifikovati na osnovu karakterističnog IR spektra.

Kada dolazi do vibracija u molekulu?

Kao i kod mehaničkog oscilatora potrebno je dovesti energiju da bi došlo do oscilatornog kretanja. Potrebnu energiju dovodimo u obliku infracrvenog zračenja. Ukoliko je frekvencija tog zračenja različita od unutrašnje frekvencije molekula oscilatora (određene težinom atoma i jačinom veze) ništa se neće desiti. Međutim ako je frekvencija dovedenog IR zračenja jednaka frekvenciji kojom osciluje molekul duž svoje veze, doći će do rezonancije i molekul će apsorbovati IR zračenje tačno određene frekvencije.