Infračervená spektroskopie
Infračervená spektroskopie, zkráceně IR spektroskopie, je spektroskopická metoda analytické chemie patřící mezi metody elektromagnetické spektroskopie. Je to kvalitativní metoda, která poskytuje velice přesnou identifikaci izolované látky. V určitých případech ji lze využít i pro kvantitativní analýzu vzorku.
Infračervená spektroskopie je analytická technika určená především pro identifikaci a strukturní charakterizaci organických sloučenin a také pro stanovení anorganických látek. Tato technika měří pohlcení infračerveného záření o různé vlnové délce analyzovaným materiálem.
Infračervené záření je elektromagnetické záření v rozsahu vlnových délek 0,78 – 1 000 mm, což odpovídá rozsahu vlnočtů 12 800 – 10 cm-1. Celá oblast bývá rozdělena na blízkou (13 000 – 4 000 cm-1), střední (4 000 – 200 cm-1) a vzdálenou infračervenou oblast (200–10 cm-1), přičemž nejpoužívanější je střední oblast.
Principem metody je absorpce infračerveného záření při průchodu vzorkem, při níž dochází ke změnám rotačně vibračních energetických stavů molekuly v závislosti na změnách dipólového momentu molekuly. Analytickým výstupem je infračervené spektrum, které je grafickým zobrazením funkční závislosti energie, většinou vyjádřené v procentech transmitance nebo jednotkách absorbance na vlnové délce dopadajícího záření.
Transmitance (propustnost) je definována jako poměr intenzity záření, které prošlo vzorkem, k intenzitě záření vycházejícího ze zdroje. Absorbance je definována jako dekadický logaritmus 1/T. Závislost energie na vlnové délce je logaritmická, proto se používá vlnočet, který je definován jako převrácená hodnota vlnové délky, a tedy uvedená závislost energie na vlnočtu bude funkcí lineární.
Používá se v mnoha oblastech analýzy, např. i ve forenzní chemii. Při analýze se použije porovnání naměřeného spektra se spektrem drogy, případně vlákna v databázi spekter v počítači.
Podle energie použitého infračerveného záření rozlišujeme IR spektroskopii ve vzdálené (vlnová délka 20 – 1 000 µm), střední (2,5–20 µm) a blízké oblasti (0,8–2,5 µm).
Ramanova spektroskopie
Druhá metoda je Ramanova spektroskopie. Tato metoda využívá Ramanův jev. Používá se rozptyl laserového paprsku. Laserový paprsek může s elektrony interagovat v zásadě třemi způsoby:
- Nejčastěji laserový paprsek excituje elektron v základním stavu do virtuálního stavu a při návratu z virtuálního stavu zpět se vyzáří foton se stejnou vlnovou délkou, jakou měl původní foton – tzv. Rayleighův rozptyl, který nenese žádnou analytickou informaci.
- Pokud se elektron po excitaci do virtuálního stavu vrátí do vyšší kvantové hladiny, než z které byl předchozí elektron vyražen, vyzáří se foton s větší vlnovou délkou – tzv. Stokesovy fotony.
- Naopak, pokud se elektron původně nenacházel v základním stavu, ale na vyšší hladině a vrací se na základní hladinu, vyzáří se foton s menší vlnovou délkou – tzv. Anti-Stokesovy fotony.
Posuny frekvencí u Stokesových a Anti-Stokesových fotonů od frekvence použitého laserového zdroje pak nesou analytickou informaci o rozdílech jednotlivých kvantových hladin (nejčastěji vibračních).
Ramanova spektroskopie je do značné míry doplňkovou metodou k infračervené spektroskopii. Je skoro pravidlem, že pásy intenzivní v Ramanových spektrech jsou v infračervených spektrech slabé a naopak, protože:
- vibrace, u kterých se vibrací mění polarizovatelnost, mají pásy v Ramanových spektrech,
- vibrace, které mění dipól molekuly, mají pásy v infračervených spektrech.
Ramanova spektroskopie se ve forenzní chemii uplatňuje při analýze drog a farmaceutik, barev, inkoustů i vláken. Využití našla i například při ověřování pravosti mapy Vinlandu, která měla dokázat, že Vikingové byli v Severní Americe před Kolumbem. Dále se používá v mineralogii při identifikaci minerálů a i v ostatních oborech geologie i chemie (identifikace organických sloučenin).
Tento text byl původně součástí článku Exkurze do laboratoří VŠCHT, ale věříme, že rubrika Věda pro něj bude s ohledem na jeho kvalitu důstojnějším umístěním.
Redakce