7.1 Spektroskopia Flashcards
(9 cards)
Mitä spektroskopia ja spektrometria ovat?
Spektroskopia tutkii säteilyenergian ja aineen (atomit, molekyylit, elektronit) välistä vuoorvaikutusta. Spektrometria viittaa puolestaan tämän säteilyn mittaamiseen. Spektroskooppisia menetelmiä on useita ja kukin niistä hyödyntää tiettyjä sähkömagneettisen säteilyn lajeja.
Mihin absorptiospektroskopia ja emissiospektroskopia perustuvat?
Molekyylien tai atomien absorboima säteilyenergia on absorptiospektroskopian perustana. Tähän spektroskopialajiin kuuluvat esimerkiksi ultravioletti- ja näkyvän valon alueen spektroskopia (UV/VIS-spektroskopia), sekä infrapunaspektroskopia eli (IR-spektroskopia).
Vastaavasti atomien tai molekyylien siirtyminen korkeammalta energiatasolta alemmalle saa aikaan säteilyenergian vapautumisen eli emittoitumisen. Emissiospektroskopian tekniikat perustuvat tämän energian mittaamiseen.
Mitä UV/VIS-spektroskopia on? Missä sitä voidaan hyödyntää?
Ultraviolettivalon (UV=100-400nm) ja näkyvän valon (VIS=400-700nm) aallonpituudet ovat energiatasoltaan sopivia virittämään molekyylin elektronin tai elektroneja. UV/VIS-spektroskopialla ei voida tehdä kovin tarkkoja johtopäätöksiä yhdisteen rakenteesta, mutta UV/VIS-absorptiota voidaan hyödyntää esimerkiksi pitoisuusmäärityksiin, reaktioiden seurantaan ja yhdisteiden detektointiin. Kun aine absorboi näkyvän valon aallonpituuksia, menetelmää kutsutaan myös kolorimetriaksi.
Missä infrapunaspektroskopiaa käytetään, miksi?
Infrapunaspektroskopia eli IR-spektroskopia soveltuu esimerkiksi molekyyliyhdisteiden rakenteiden tutkimukseen. Eri kovalenttiset sidokset absorboivat infrapunasäteilyä kullekin sidokselle ominaisella aallonpituudella. Säteilyn absorboituminen saa kovalenttiset sidokset värähtelemään ja värähtelyn vaikutuksesta sidokset venyvät tai taipuvat.
Mikä on IR-spektri? Mitkä suureet spektrissä on?
Kullakin yhdisteellä on sille ominainen IR-spektri, josta voidaan tehdä päätelmiä yhdisteen rakenteesta. IR-spektrin pystyakselin suureena on transmittanssi eli läpäisysuhde. Se on näytteen läpi kulkeneen ja näytteeseen tulleen säteilyn voimakkuuksien suhde. Jos tansmittanssi on 100 %, kaikki säteily etenee näytteen läpi ilman absorptiota.
IR-spektrin vaaka-akselin suureena on puolestaan aaltolukuyksikkö, joka on säteilyn aallonpituuden käänteisluku. Aaltolukuyksikkö kuvaa, kuinka monta infrapunasäteilyn aallonpituutta mahtuu yhden cm matkalle.
Mitä IR-spektristä nähdään?
IR-spektristä nähdään, millä säteilyn aaltoluvuilla sidoksiin absorboituu IR-säteilyä. IR-absorptio ilmenee IR-spektrissä alaspäin kääntyneinä piikkeinä. Piikin sijainnista voidaan päätellä, mikä funktionaalinen ryhmä kulloinkin on kyseessä. Erityisesti niin sanotulla sormenjälkialueella (<1500 cm^-1) on runsaasti piikkejä, ja on vaikea sanoa, minkä sidosten venytys- tai taivutusvärähtelyistä ne johtuvat.
Jos IR-spektriä voidaan verrata spektrikirjastossa oleviin spektreihin, voidaan yhdiste usein myös tunnistaa, sillä rakenteellisesti erilaisten yhdisteiden IR-spektrit eroavat toisistaan.
Mitä ydinmagneettinen resonanssispektroskopia on?
Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia (NMR-spektroskopia) paljastaa, minkä tyyppisiä atomeja näytteessä on. Tietyt atomiytimet (kuten vety-ytimet) käyttäytyvät voimakkaassa ulkoisessa magneettikentässä sauvamagneetin tavoin. Ytimet asettuvat magneettikentässä kentän suuntaisesti. Kun näytteeseen kohdistetaan hetkellisesti säteilyä radioaaltojen aallonpituudella, ytimet joutuvat hyrräliikkeeseen. Tämän hyrräliikkeen aiheuttama signaali havaitaan detektorilla. 1H-NMR-spektri perustuu tämän signaalin mittaukseen.
Mikä on yleisin käytössä oleva menetelmä (ydinmagneettinen resonanssispektroskopia) ja miksi?
Koska kaikki orgaaniset molekyylit sisältävät vetyatomeja, yleisimmin käytössä oleva menetelmä on protoni-NMR eli 1H-NMR. Tämä menetelmän avulla selviää, millaisia vetyatomin sisältäviä molekyylin osia yhdisteessä on ja mitkä molekyylin osat ovat lähellä toisiaan. Molekyylin protonit näkyvät NMR-spektrissä eri kohdissa, mikäli ne ovat erilaisessa kemiallisessa ympäristössä, eli niihin sitoutunut molekyylin osa on erilainen.
Mitä tarkoittaa kemiallinen siirtymä?
NMR-spektrin piikkiryhmien paikkoja tulkitaan niin sanotun kemiallisen siirtymän avulla. Kemiallinen siirtymä ilmaistaan ppm-arvona, ja se kuvaa atomiytimen absorboiman säteilyn energian eroa vertailuaineeseen eli tavallisesti tetrametyylisilaaniin.
