IR-Spektroskopie

Question 1

Welche Arbeitsbereiche gibt es in der IR-Spektroskopie?

Answer 1

Nahes Infrarot (NIR) 0,8-2,5 Mikrometer
Mittleres Infrarot (MIR) 2,5-50 Mikrometer
Fernes Infrarot (FIR) 50-1000 Mikrometer

Question 2

Was wird durch NIR angeregt und wozu wird es eingesetzt?

Answer 2

• Anregung von Ober- und Kombinationsschwingungen von Gruppen, die
  Wasserstoff enthalten (z.B. C-H, N-H, O-H)
• Analysen und für Untersuchungen von Molekülassoziationen, besonders
  von H-Brücken

Question 3

Was ist das wichtigste Anwendungsgebiet von MIR?

Answer 3

Strukturaufklärung

Question 4

Was wird durch FIR angeregt und wozu wird es eingesetzt?

Answer 4

• Anregung von Valenz- und Deformationsschwingungen von Molekülen mit
  großen Atommassen (z.B. Metallkomplexe)
• Beobachtung von intermolekularen Wechselwirkungen, z.B. H-Brücken
• Anregung von Molekülrotationen

Question 5

Welchen Effekt hat die Atommasse auf das IR-Spektrum?

Answer 5

Große Atome werden von Strahlung mit größerer Wellenlänge angeregt, also Peaks bei kleineren Wellenzahlen.

Question 6

Welche Bewegungsmöglichkeiten haben 3 atomige Moleküle?

Answer 6

Translationen, Rotationen, Schwingungen

Question 7

Was gilt für die Schwingungsfreiheitsgrade eines Systems mit N Atomen?

Answer 7

Ein System von N Atomen verfügt über 3*N Bewegungsfreiheitsgrade.
- Translationsbewegungen: 3 Freiheitsgrade
- Rotationsbewegungen: 3 Freiheitsgrade
(bzw. 2 bei linearen Molekülen)
- Schwingungen: 3N-6 Freiheitsgrade
3N-5 Freiheitsgrade bei linearen Molekülen

(gewinkelte 1 weniger als lineare Moleküle)

Question 8

Welche Arten von Schwingungsformen gibt es?

Answer 8

symmetrische Valenzschwingung (oder Streckschwingung, antisymmetrische Valenzschwingung, Deformationsschwingung (in der Vertikal- oder Horizontalebene, bei gewinkelten nur in einer ebene)

Question 9

Welche Schwingungen sind IR-aktiv und welche Raman-aktiv? Bei dreiatomigen linearen Molekülen

Answer 9

symmetrische Valenzschwingung: IR-inaktiv / Raman-aktiv
antisymmetrische Valenzschwingung: IR-aktiv / Raman-inaktiv
Deformationsschwingungen: IR-aktiv / Raman inaktiv

Question 10

Was ist die Eigenschaften von der abhängt ob ein Molekül IR- oder Raman-aktiv ist?

Answer 10

IR-aktive Schwingungen weisen ein veränderbares
oder ein induzierbares Dipolmoment auf. Schwingungen, die
symmetrisch zum Symmetriezentrum erfolgen, weisen keine
Änderungen des Dipolmoments auf und sind IR-inaktiv.

Question 11

Welche Schwingungen sind IR-aktiv und welche Raman-aktiv? Bei dreiatomigen gewinkelten Molekülen

Answer 11

Alle IR- UND Raman-aktiv.

Question 12

Was sind Rotationsschwingungsspektren?

Answer 12

Schwingungsrotationsspektren, Vibrationsrotationsspektrum
• Molekülspektren, in denen die gleichzeitige Änderung des Rotationsund des Schwingungszustands eines Moleküls beobachtet wird
- im Wellenlängenbereich der IR-Spektroskopie und der Raman-Spektroskopie
- Von Flüssigkeiten und Festkörpern: breite Banden
- Nur in Gasphase bei niedrigem Druck: Spektren mit einzelnen aufgelösten
Banden

Question 13

Welche Arten von Deformationsschwingungen gibt es bei einfachen Molekülen?

Answer 13

δ = Spreizschwingung,
Deformationsschwingung in der Ebene
(englisch in plane bending vibration)
p = Pendelschwingung in der Ebene (englisch
rocking vibration)
k = w = Kippschwingung aus der Ebene, nach
vorn (+) und nach hinten (−) (englisch
wagging vibration)
T= t = Torsionsschwingung aus der Ebene,
Drillschwingung (englisch twisting vibration);
γ = Deformationsschwingung aus der Ebene
(englisch out of plane bending vibration)

Question 14

Welche Arten von Spektrometern gibt es bei der IR-Spektroskopie? (jeweils ein Gerät nennen)

Answer 14

• dispersive Geräte (meist Zweistrahlgeräte), Zweistrahl-IR-Gerät
• Fourier-Transform-Geräte
  FT-IR-Spektrometer

Question 15

Welche Lichtquellen werden in der IR-Spektroskopie verwendet?

Answer 15

• Nernststifte (hochschmelzende Stäbchen aus 85 % ZrO2 und 15 % Y2O3)
• Ni-Chromwendeln
• Globare (SiC-Stab), jeweils bei Temperaturen von 1200–1600°C

Question 16

Was ist ein Empfänger in der IR-Spektroskopie? (und bei FTIR)

Answer 16

• empfindliches Thermoelement, dessen Verstärker auf Nullabgleich bei
  gleicher Intensität von Mess- und Referenzstrahl geschaltet ist
• FTIR:
  Deutero-triglycin-sulfat-(DTGS-): pyroelektrischer Detektor (bei
  Raumtemperatur, großer Frequenzbereich)
  Quecksilber-Cadmium-Tellurid-(MCT-)Photodetektor: schnelleres
  Ansprechverhalten, höhere Empfindlichkeit. muß gekühlt werden,
  eingeschränkter Frequenz- Bereich

Question 17

Was sind Vorteile der FT-Spektroskopie?

Answer 17

• Vorteile der FT-Soektroskopie:
- Verkürzung der Aufnahmezeit von Spektren
- Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses
• „Polychromatische“ Vorgehensweise
- der interessierende Frequenzbereich wird gleichzeitig eingestrahlt
- Momentaufnahme des gesamten Spektrums
• Detektorsignal wird als Funktion der Zeit aufgenommen
- Umrechnung in das geläufigere Spektrum in der Frequenzdomäne durch
Fourier-Transformation
• Anwendungsgebiete
- FT-IR-Spektroskopie
- NMR-Spektroskopie

Question 18

Was ist ein KBr-Pressling und wie wird er hergestellt?

Answer 18

• Alkalihalogenide als Matrix: die Salz-Kristallite bestehen aus einem
ionischen Festkörperverbund, der im IR nicht absorbiert.
• Herstellung des Presslings: eine geringe Menge der Probe wird
gemeinsam mit einem Alkalihalogenid-Salz (KBr, NaCl…) zermörsert
und aus dem Gemisch eine Tablette gepresst
- Kaltschmelze der Salz-Kristallite erstarren zu einer amorphen Masse
- Benötigte Geräte: evakuierbares Presswerkzeug, hydraulische Laborpresse

Question 19

Woraus besteht die ATR Zelle und wozu dient die ATR insgesamt?

Answer 19

Abgeschwächte Totalreflexion
• Engl. attenuated total reflectance
• ATR-Zelle: Kristall aus IR-durchlässigem Material (ZnSe; durchlässig
zwischen 20000 und 650 cm-1
• zur Untersuchung stark absorbierender Materialien