Инфракрасная спектроскопия (ИК)

Поглощение ИК-света связано с возбуждением колебаний атомов и групп в молекуле. В двухатомных молекулах атомы колеблются около положения равновесия. Если принять, что возвращающая сила пропорциональна величине смещения, как в случае двух шариков, соединённых упругой пружиной, получаем синусоидальные колебания и ИК-спектр двухатомной молекулы должен состоять из одной острой линии_.. На деле колебания не являются строго гармоничными, и в спектрах появляются также полосы обертонов с удвоенными, утроенными и т.д. частотами, а также с составными частотами., и спектры получаются не линейчатыми, а полосатыми. Многоатомные молекулы совершают много колебаний, при которых изменяются длины связей и углы между связями («валентные» и «деформационные» колебания), поэтому ИК-спектр поглощения ещё сложнее.

Во многих случаях частоты колебаний разных функциональных групп (например, С=О, С-С, С-Н, О-Н, N-H) сравнительно мало изменяются при переходе от одного вещества к другому и поэтому называются характеристическими. Например, карбонильная группа С=О поглощает в области 1820 – 1620 см-1, в насыщенных кетонах около 1720, в ненасыщенных кетонах около 1680 см-1. Характеристические полосы разных групп имеют различную интенсивность, что облегчает интерпретацию спектров. Такие частоты используются для структурно-группового анализа вещества.

Схема ИК спектрометра такая же, как УФ, но источники ИК-излучения – керамический стержень, раскалённый проходящим через него электрическим током или нихромовая проволока. В качестве диспергирующих элементов используют призму из NaCl либо дифракционную решётку, а в качестве детектора - фоторезисторы, термисторы или болометры. Современным вариантом ИК-спектрометра является Фурье-ИК-спектрометр, использующий быстрый компьютерный процесс получения спектров с повышенным разрешением.

ИК-спектрометры применяются для анализа газообразных, жидких и твердых органических и неорганических веществ. Преимущества ИК-спектроскопии:

1) универсальность, то-есть применимость для очень широкого круга объектов

2) большой опыт применения;

3) относительная простота интерпретации спектров;

4) высокая чувствительность;

5) маловозмущающее действие на вещество

6) невысокая стоимость приборов.

Недостатки: средняя избирательность из-за заметной ширины полос, а также невозможность анализировать водные растворы, так как сама вода поглощает ИК в широкой области, маскируя сигналы от растворенных веществ.