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Grundlagen der IR- Spektroskopie

Da dies eine kurze Einführung in die IR- Spektroskopie sein soll, wurde bewusst auf eine komplexe Darstellung ihrer Grundlagen verzichtet und es sollen nur die wesentlichen Grundbegriffe eingeführt werden.Eine schrittweise Erweiterung wird jedoch stattfinden.


Wichtige Formeln
E= h * ν
ν = c / λ
ñ = 1/λ

h= Plank’sche Wirkungsquantum = 6,626176 *10-34 Js
c= Lichtgeschwindigkeit im Vakuum = 2,9979248 * 108 ms-1
ν = Frequenz
λ = Wellenläge
ñ = Wellenzahl (eigentlich mit dem griechischen nu + Tilde)

Der Bereich der infraroten Strahlung findet sich im elektromagnetischen Spektrum innerhalb der Wellenlängen von 0,8 bis 1000μm. Aus den hier dargestellten Formeln ergibt sich dabei ein Energiebereich von 150 kJ/mol bis 120 J/mol.
Für die Anregung von Rotationen eines Moleküls benötigt man Energien von 2,5 bis 0,12 kJ/mol und für die Anregung von Molekülschwingungen 160 bis 2,5 kJ/mol. Das bedeutet, das durch infrarote Strahlung sowohl Molekülrotationen als auch Molekülschwingungen angeregt werden.

Teilbereiche der IR- Spektroskopie
Der Bereich der infraroten Strahlung kann in drei Teilbereiche untergliedert werden:
1.)Nahes Infrarot (NIR)- Dieser Bereich umfasst den Wellenlängenbereich von 0,8 bis 2,5μm. In diesem energiereichen Bereich werden die Obertonschwingungen der Grundschwingungen angeregt (sowie natürlich die Grundschwingungen und Molekülrotationen).
2.)Mittleres Infrarot (MIR)- Das ist der Wellenlängenbereich von 2,5 bis 25μm. Es werden hauptsächlich die Grundschwingungen der Moleküle und natürlich die Molekülrotationen angeregt.
3.)Fernes Infrarot (FIR)- Deser Bereich zwischen 25 und 100μm Wellenlänge umfasst Gitterschwingungen und Grundschwingungen von Gruppen mit schwachen Bindungen oder schweren Atomen sowie Molekülrotationen.

Schwingungsspektroskopie

Physikalische Grundlagen Die Entstehung von Schwingungsspektren lässt sich am einfachsten am mechanischen Hantelmodell (siehe Abbildung) erläutern. Im Grundzustand sind dabei zwei Kugeln der Masse m1 und m2 durch eine elastische Feder verbunden. Der Abstand der beiden Kugeln beträgt im Gleichgewicht r0. Wird dieser Gleichgewichtszustand durch Stauchung (r < r0) oder Streckung (r > r0) gestört, dann tritt …

Eigenschwingungen der Moleküle

um besseren Verständnis der Eigenschwingungen eines Moleküls betrachten wir wiederum erst einmal einen Modellfall, bei dem ein Massenpunkt M in einer Ebenen durch 4 Federn festgehalten wird. Zwei dieser federn sind gleichstark und entlang der x- Achse angeordnet, zwei weitere ebenfalls gleichstarke Federn sind entlang der y-Achse angeordnet. Wird jetzt der Massenpunkt M entlang der …

Aufnahme von IR- Spektren

Das klassische IR- Spektrometer Als erste soll zum allgemeinen Verständnis der klassische Aufbau eines IR-Spektrometers behandelt werden. Wichtig ist hierbei vor allem die Tatsache, das alle verwendeten optischen Bauelemente selbstverständlich für die benötigte infrarote Strahlung durchlässig sein müssen. In der Abbildung oben ist das Blockschema eines so genannten Zweistrahlgerätes dargestellt. Bei einem Zweistrahlgerät werden normalerweise …

ATR- Meßprinzip

ATR steht für abgeschwächte Totalreflexion (englisch: attenuated total reflection). Das bedeutet, das dieses Messprinzip auf dem Phänomen der Totalreflexion basiert. Totalreflexion bedeutet, das elektromagnetische Strahlung beim Übergang von einem optisch dichteren Medium (mit dem Brechungsindex n1) zu einem optisch dünneren Medium (mit dem Brechungsindex n2) ab einem bestimmten Einfallswinkel (Grenzwinkel der Totalreflexion αg, n1>n2) vollständig reflektiert …

Probenpräparation

Bei der Standardtransmissionspektroskopie (egal ob klassisch oder FT basierend) wird die Probe mit der infraroten Strahlung „durchleuchtet“. Das bedeutet, das Küvetten, Lösungsmittel etc. für die infrarote Strahlung durchlässig sein müssen. Als geeignetes Material hat sich hierbei das Kaliumbromid erwiesen. Gasförmige Proben Gasförmige Proben werden in einer Gasküvette vermessen, deren prinzipieller Aufbau in der folgenden Abbildung …

Quellen

1. Rolf Borsdorf, Manfred Scholz; Spektroskopische Methoden (IR,UV/VIS) in der organischen Chemie; WTB Band 21; 5. bearbeitete Auflage; Akademie-Verlag Berlin 1989 2. M. Hesse, H. Meier, B. Zeeh; Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie; 4. überarbeite Auflage; Georg-Thiem Verlag Stuttgart- New York 3. Seamus P. J. Higson; Analytical Chemistry; Oxford University Press 2005 4. Chemgapedia …

10 Kommentare

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  1. Sehr guter Beitrag. Danke!

    • Magdalena on 2. Januar 2013 at 18:17
    • Antworten

    yours or through google I have even clicked on the link you copy paste into Claudia’s response – same thing – for 2 sec your webpage is on and immediately it goes to magier-spiele…

    M.

    1. Did you mean this link? http://www.science-and-fun.de/tools/ ??

      This URL work correctly on different PC’s on my site. I have made a correction for two images on this site. But in normal cases this can’t be the problem!
      If the problem exist, please contact me directly: steffen@sthomas.de

      update: i have found a part of the problem and i hope, i have fixed it. Many thanks and Sorry!

    • Magdalena on 2. Januar 2013 at 13:40
    • Antworten

    I have the same problem as Claudia – magier-spiele.net is popping when clicking on IR tool, please HELP!!!!

    thanks in advance!!!

    Magdalena

    1. On which page do you find this link?

    • Claudia Fasel on 14. Dezember 2012 at 15:33
    • Antworten

    Hallo!
    Leider ist die Seite der Tools nicht mehr verfügbar, da hier direkt auf eine Seite magier-spiele.net weitergeleitet wird…
    Das ist sehr schade, denn sie hilft mir unheimlich gut IR/MS-Spektren zu interpretieren…
    Wurde da was gehackt???

    Schöne Grüße
    Claudia

    1. Hallo,

      ich weiß nicht, welchen Link Du aufgerufen hast. Bei mir funktionieren alle. Hier noch mal die direkte Adresse: http://www.science-and-fun.de/tools/
      Gruss
      Steffen

      update 3.1.2013: Das Problem betraf nur Nutzer von Firefox bzw. InternetExplorer. Da ich diese Browser nicht nutze, konnte ich das Problem nicht nachvollziehen und hielt die Kommentare für besonders geschickte Spam- Versuche. Nun habe ich zumindest einen Teil des Problems lokalisiert und den Code von den Seiten entfernt.
      Jetzt sollte alles funktionieren- Vielen Dank und Sorry!

    • Sabrina Trümpert on 24. Juni 2012 at 13:33
    • Antworten

    Hi, ich glaube du hast dich beim Wellenlängenbereich verschrieben. Es sind 0,8 bis Mikrometer – oder 800 nm bis 1mm 🙂

    1. Hallo Sabrina,

      Danke für den Hinweis. Das ist ein simpler Darstellungsfehler. Im Font „Symbol“ ist m das griechische μ. Ich hab das jetzt durch die entsprechende HTML- Entität ersetzt.

      Steffen

  2. vielen Dank. Das war sehr hilfreich. Auch für die Sportwissenschaft sinnvolle Informationen. Danke und viele Grüße, Katharina

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