طیف شناسی فروسرخ

طیف شناسی فروسرخ[ ۱] یکی از روش های طیف سنجی بسیار مفید است که به ما در شناسایی نوع پیوندهای موجود در یک ترکیب کمک می کند. فروسرخ یا مادون قرمز ( InfraRed ) یا همان IR به گستره ای از طول موج پس از امواج مرئی تا امواج رادیویی یعنی ۷۵۰ نانومتر تا ۱ میلی متر گفته می شود. [ ۲] در این ناحیه ارتعاشات مولکولی جذب دارند. در طیف بینی فروسرخ از طیف های این ناحیه اطلاعات کیفی و کمی استخراج می شود که در شناسایی گروه عاملی مواد تعیین کننده است. این طیف به سه ناحیه فروسرخ نزدیک، میانه و دور تقسیم می شود. طیف سنجی می باشد. طیف سنجی مادون قرمز، IR، روشی برای شناسایی مولکول ها و به خصوص گروه های عاملی مولکول هاست. هر ماده ای، طیف مادون قرمز مخصوص به خود را دارد و همانند اثر انگشت، مختص همان مولکول می باشد. ما توسط این روش طیف سنجی نمی توانیم ساختار گسترده یک ترکیب را رسم کنیم ولی می توانیم از ماهیت پیوندها مانند پیوند یک گانه، دوگانه یا سه گانه آگاه شویم. از جمله مزایای این روش طیف سنجی، غیرتخریبی بودن آن می باشد که بر خلاف طیف سنجی جرمی پس از استفاده از نمونه در دستگاه IR می توان دوباره از آن استفاده کرد. طیف سنجی مادون قرمز بر اساس جذب تابش و بررسی جهش های ارتعاشی مولکول ها و یون های چند اتمی صورت می گیرد. این روش به عنوان روشی پرقدرت و توسعه یافته برای تعیین ساختار و اندازه گیری گونه های شیمیائی به کار می رود. همچنین این روش عمدتاً برای شناسایی ترکیب های آلی به کار می رود، زیرا طیف های این ترکیب ها معمولاً پیچیده هستند و تعداد زیادی پیک های بیشینه ( ماکسیمم ) و کمینه ( مینیمم ) دارند که می توانند برای اهداف مقایسه ایی به کار گرفته شوند.
در فرایند جذب، فرکانس هایی از اشعه مادون قرمز که با فرکانس های ارتعاشی طبیعی مولکول مورد نظر تطبیق کند جذب خواهد شد و انرژی جذب شده برای افزایش دامنه حرکت ارتعاشی اتصال موجود در مولکول به کار گرفته می شود. باید توجه داشت که تمام پیوندهای موجود در مولکول قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه کاملاً با فرکانس حرکت تطبیق کند. فقط آن پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند قادر به جذب اشعه مادون قرمز خواهند بود. پیوندهای متقارن، اشعه مادون قرمز را جذب نمی کنند زیرا یک پیوند باید خصلت دو قطبی الکتریکی را از خود بروز دهد که این دو قطبی با همان فرکانس اشعه ورودی متغیر بوده تا انتقال انرژی صورت پذیرد. در مولکول ها دو نوع ارتعاش وجود دارد که اصطلاحاً ارتعاش های کششی و خمشی نامیده می شوند. ارتعاش کششی به دو صورت متقارن و نامتقارن تقسیم بندی می شود. هر گاه یک نیم متناوب کششی نامتقارن رخ دهد، گشتاور دو قطبی در یک جهت تغییر می یابد و در نیم تناوب دیگر، گشتاور دو قطبی در جهت مخالف جابه جا می گردد. بدین ترتیب گشتاور دو قطبی با فرکانس ارتعاشی مولکول، نوسان می نماید. این نوسان باعث ارتقای مولکول به نوار جذبی مادون قرمز می گردد و به همین علت آن را فعال مادون قرمز می نامند. در حالت ارتعاش کششی متقارن، دو اتم در یک نیم تناوب ارتعاشی، در جهت های مختلف حرکت می کنند که در این صورت تغییر نهایی در گشتاور دو قطبی مولکول به وجود نمی آید و به همین علت آن را غیرفعال مادون قرمز می نامند ( فقط پیوندهایی که گشتاور قطبی دارند قادر به جذب اشعهٔ مادون قرمز ( فروسرخ ) می باشند. پیوندهای متقارن مانند H2 و Cl2 اشعهٔ مادون قرمز را جذب نمی کنند ) . برهمکنش تابش مادون قرمز با یک نمونه باعث تغییر انرژی ارتعاشی پیوند در مولکول های آن می شود و روش مناسبی برای شناسایی گروه های عاملی و ساختار مولکولی است. شرط جذب انرژی مادون قرمز توسط مولکول این است که گشتاور دو قطبی در حین ارتعاش تغییر نماید. انتقال های به وجود آورندهٔ نوارهای جذبی IR ناشی از ارتعاش های مولکولی یعنی حرکت های کششی و خمشی پیوندها می باشند.