7. AZ IR SPEKTROSZKÓPIA
Már említettem, hogy az elektromágneses sugárzást a közeli IR és az IR
tartományban minden anyag különböző mértékben abszorbeálja.
Az abszorbciós folyamat a molekula magasabb rezgési állapotba való
gerjesztését eredményezi. Az atommagok még tudvalévő, hogy 0 K-en is
rezegnek az őket összekötő kötések mentén. A rezgések amplitúdója növekszik,
ha a molekuláéval azonos frekvenciájú elektromágneses sugárzás (IR) éri a
molekulát és a következő rezgési szintre emeli azt. Az IR spektrométer ezt
az abszorpciót méri minden egyes frekvencián és ez adja az IR spektrumot.
Minden egyes rezgési szinthez tartozó nagyszámú rotációs szint eredménye a
"rotációs finomszerkezet", amely megfigyelhető kis molekulák esetében
gőzfázisban. A frekvenciatávolságok matematikai feldolgozása megadja a
tehetetlenségi nyomatékokat és ezekből a kötéshosszakat és a vegyértékszöget
a molekulában. A szerves molekulák nagy többségében azonban, oldatban vagy
szilárd állapotban ezek a rotációs vonalak olyan közel vannak egymáshoz,
hogy egymástól nem különböztethetők meg.
A molekulák közül néhány nem abszorbeálja az IR sugárzást, (ezeket infra-
inaktívnak nevezik) mivel energiát csak akkor abszorbeálhatnak, ha kötésben
lévő atommagok rezgéseit dipólusmomentum változások kísérik.
Egy spektrumból szerkezeti felvilágosítást úgy kaphatunk, ha a megfigyelt
abszorpciós sávokat specifikus csoportfrekvenciákhoz rendeljük. A sáv pontos
helyzete, intenzitása és alakja további felvilágosítást adhat a vizsgált
csoport környezetére vonatkozóan. Ez a szerencsés összefüggés a spektrális
abszorpció és a szerves kémia klasszikus funkciós csoport felfogása között,
a legfontosabb tényező az IR értelmezéssikerének és népszerűsítésének
biztosításához.
7.1. Az IR spektroszkópia alkalmazása
Ez a módszer főleg a szerves kémiai, de szervetlen kémiai kutatások
nélkülözhetetlen eszköze. Segítségével a szerves szintézisek egyes
lépéseinél a kívánt termék keletkezése gyorsan bizonyítható. Alkalmazzák a
szerves vegyipar összes területén. A spektrum alapján először különböző
lehetséges kémiai struktúrákat tételezünk fel, melyekből a tapasztalati
képlet és még más egyéb módszerek segítségével kiválasztjuk a valódit, vagy
megfelelőt. Spektrumkatalógusból keresünk összehasonlító színképet. Nagyobb
kutatási vagy ipari központokban IR adatbankok állnak rendelkezésre, melyek
több tíz- vagy százezer anyag színképének információt (elnyelési helyek,
intenzitások, sávszélességek), számítógépben tárolják, és kereséskor az
ismeretlen minta spektrumadataiból a gép kiválasztja a vele azonos, vagy
hasonló szerkezeti anyagszínképet. Legmodernebb eljárás a mesterséges
intelligencia alkalmazása, mely a jellemző frekvenciák alapján kidolgozott
program segítségével próbálja a vizsgált minta szerkezetét eldönteni.
Segítségképpen jól használható spektrumgyűjtemények állnak rendelkezésre.
Ha a két IR spektrum sávok számában, helyében és intenzitásában megegyezik,
akkor a két anyag azonos.
Alkalmazzák a módszert vér, csont, hormonok, enzimek stb. vizsgálatára,
illetve csekély mennyiségű illékony anyagok (ásványolaj, ipari termékek,
zsírok, olajok, festékhígítók, stb.), különböző bűncselekmények során
keletkező maradványainak vizsgálatára is.
7.2. A Fourier transzformációs IR spektrofotometria
A Fourier transzformációs infravörös spektrofotometriás (FTIR) technika
elterjedésével a mikromennyiségű minták vizsgálatára szinte kizárólag ez a
technika alkalmas. A hagyományos mintaelőkészítési technikákkal (pl.
elporítás utáni pasztillakészítés) a módszer alkalmas néhány mikrogramm
mennyiségű minta összetélenek a vizsgálatára. Speciális mintaelőkészítő-
technikákat is kiegészítő berendezéseket alkalmazva a mintaigény nanogramm
mértékűre csökkenhet. A megfelelő módon előkészített gépjárműlakkok egyes
rétegeinek összetétele mikroszkóppal összekapcsolt FTIR berendezéssel
vizsgálható. Ez a technika egyedülálló módon alkalmas a külön-külön
felismerhető, de manuálisan nem elválasztható rétegek roncsolásmentes
meghatározására, a szomszéd rétegek zavaró hatásának a kiküszöbölésével.