ספקטרוסקופיית אינפרא אדום

קשר קוולנטי בין שני אטומים יכול להיחשב כשני עצמים עם מסות m₁ ו-m₂ המחוברים למעיין. באופן טבעי, קשר זה נמתח ונדחס בתדר רטט מסוים. תדירות זו ניתנת על ידי משוואה 1, כאשר k הוא קבוע הכוח של הקפיץ, c הוא מהירות האור, μ היא המסה המופחתת (משוואה 2). התדירות נמדדת בדרך כלל במספרי גלים, המתבטאים בסנטימטרים הפוכים (ס"מ^-1).

ממשוואה 1, התדירות היא פרופורציונלית לעוצמת האביב ומידתית הפוכה להמוני האובייקטים. לפיכך, לקשרי C-H, N-H ו- O-H יש תדרי מתיחה גבוהים יותר מאשר קשרים C-C ו- C-O, שכן מימן הוא אטום אור. איגרות חוב כפולות ומשולשות יכולות להיחשב כקפיצים חזקים יותר, כך שלקשר כפול C-O יש תדירות מתיחות גבוהה יותר מאשר קשר יחיד C-O. אור אינפרא אדום הוא קרינה אלקטרומגנטית עם אורכי גל הנעים בין 700 ננומטר ל -1 מ"מ, אשר עולה בקנה אחד עם נקודות החוזק היחסיות של הקשר. כאשר מולקולה סופגת אור אינפרא אדום בתדר השווה לתדר הרטט הטבעי של קשר קוולנטי, האנרגיה מהקרינה מייצרת עלייה במשרעת של רטט הקשר. אם האלקטרונים (הנטייה למשוך אלקטרונים) של שני האטומים בקשר קוולנטי שונים מאוד, מתרחשת הפרדת מטען המביאה לרגע דיפול. לדוגמה, בקשר כפול C-O (קבוצת קרבוניל), האלקטרונים מבלים יותר זמן סביב אטום החמצן מאשר אטום הפחמן מכיוון שחמצן הוא אלקטרומגטיבי יותר מפחמן. לפיכך, יש רגע דיפול נטו וכתוצאה מכך מטען שלילי חלקי על חמצן ומטען חיובי חלקי על פחמן. מצד שני, אלקין סימטרי אין רגע דיפול נטו כי שני רגעי דיפול בודדים בכל צד לבטל אחד את השני. עוצמת ספיגת האינפרא אדום פרופורציונלית לשינוי ברגע הדיפול כאשר הקשר נמתח או נדחס. לפיכך, מתיחה של להקת קרבוניל תציג רצועה אינטנסיבית ב- IR, ואלקין פנימי סימטרי יראה להקה קטנה, אם לא בלתי נראית, למתיחת הקשר המשולש C-C (איור 1). טבלה 1 מציגה כמה תדרי ספיגה אופייניים. איור 2 מראה את ספקטרום ה- IR של אסתר הנץ. שימו לב לשיא של 3,343 ס"מ^-1 עבור קשר יחיד N-H ואת השיא ב 1,695 ס"מ^-1 עבור קבוצות קרבוניל. בניסוי זה, נעשה שימוש בטכניקת הדגימה של ATR, כאשר אור האינפרא אדום משתקף את המדגם שנמצא במגע עם גביש ATR מספר פעמים. בדרך כלל, חומרים עם אינדקס שבירה גבוה משמשים, כגון גרמניום ואבץ סלניד. שיטה זו מאפשרת לבחון ישירות ניתוחים מוצקים או נוזליים ללא הכנה נוספת.

איור 1. תרשים המציג את אג"ח המשולש C-O כפולו- C-C ואתהשינוי המתקבל ברגע הדיפול.

טבלה 1. תדרי IR אופייניים של קשרים קוולנטיים הקיימים במולקולות אורגניות.

איור 2. ספקטרום IR של אסתר הנצ'ש.

טבלה 2: מראה ותדרי IR נצפים של התרכובות המפורטות באיור 3.

בניסוי זה הדגמנו כיצד לזהות מדגם לא ידוע בהתבסס על ספקטרום ה- IR האופייני לה. קבוצות פונקציונליות שונות נותנות תדרי מתיחה שונים, המאפשרים זיהוי של הקבוצות הפונקציונליות הקיימות.

כפי שמוצג בניסוי זה, ספקטרוסקופיית IR היא כלי שימושי עבור הכימאי האורגני לזהות ולאפיין מולקולה. בנוסף לכימיה אורגנית, ספקטרוסקופיית IR יש יישומים שימושיים בתחומים אחרים. בתעשיית התרופות, טכניקה זו משמשת לניתוח כמותי ואיכותי של תרופות. במדעי המזון, ספקטרוסקופיית IR משמשת לחקר שומנים ושמנים. לבסוף, ספקטרוסקופיית IR משמשת למדידת הרכב גזי החממה, כלומר,CO₂, CO, CH₄, ו- N₂O במאמצים להבין את שינויי האקלים העולמיים.