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Die Basis der IR, also der Infrarotspektroskopie, besteht darin, dass Licht, welches im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt, von dem Großteil der Moleküle absorbiert wird. Diese wandeln es dann in molekulare Schwingungen um. Für die unterschiedlichen chemischen Bindungsverhältnisse in bestimmten Materialien zeigt sich diese Absorption als charakteristisch.

Es ist möglich, die Absorption in Form einer Funktion der Wellenlänge zu messen. Genutzt wird dafür ein sogenanntes Spektrometer. Das Ergebnis, zu dem auf diese Weise gefunden wird, wird als IR-Spektrum bezeichnet und dient als eine Art molekularer Fingerabdruck. Durch diesen erhalten Anwender die Möglichkeit, die Identifikation von unbekannten anorganischen und organischen Proben vorzunehmen.

Die Ursprünge der FT-IR Spektroskopie

Zu ihrem Beginn wurde im Zuge der Infrarotspektroskopie die Analyse der Proben nur schrittweise vorgenommen. Sie wurden dabei einer sequentiellen Bestrahlung mit einer isolierten Wellenlänge ausgesetzt. Dieser Prozess zeigte sich jedoch als sehr zeitraubend und langsam.

Die sogenannte Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, kurz FTIR Spektroskopie, erlaubt es heute, im Zuge von nur einer Messung sämtliche Wellenlängen zu analysieren. Das Infrarotlicht wird dabei durch eine thermische Quelle über einen großen Bereich von Wellenlängen erzeugt. Im Anschluss findet die Leitung des Infrarotlichts zum Interferometer und dann auf die eigentliche Probe statt.

Anders als bei der dispersiven Messung, besteht das dabei gewonnene Ergebnis erst in einem Interferogramm. Von diesem ist anschließend die Umwandlung in ein IR-Spektrum nötig.

Welche Unterschiede bestehen zwischen FTIR und IR?

Bei dem Interferogramm handelt es sich um ein Rohsignal, durch welches die Intensität des Lichts nicht als Wellenlängenfunktion, sondern vielmehr als Funktion einer Spiegelposition im Interferometer dargestellt wird. Es ist somit noch nötig, das Signal der Fourier-Transformation zu unterziehen. Nur so kann die Lichtintensität in ihrer IR-Darstellung in Form einer Funktion der Wellenzahl erzeugt werden. Aus diesem Grund wird auch die Bezeichnung FTIR verwendet.

Durch diesen Prozess treten einige Vorteile in Erscheinung. Beispielsweise kann die Messung von FTIR-Spektren wesentlich schneller im Vergleich zu einem dispersiven Spektrometer ablaufen. Darüber hinaus zeigt sich auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei FTIR-Spektren als wesentlich optimaler. Nicht zu vernachlässigen ist jedoch, dass sich auch die Wellenlängengenauigkeit wesentlich höher gestaltet. Zurückführen lässt sich dies darauf, dass eine überaus präzise Kalibrierung der Wellenlängenskala mit dem Laser möglich ist.

Die Messung eines IR-Spektrums

Für die Messung eines IR-Spektrums wird sich dem Prinzip der Reflexions- und Transmissionsspektroskopie bedient. Die Probe wird somit von dem Infrarotlicht entweder passiert oder reflektiert. Zu welchem Vorgang es dabei im individuellen Fall kommt, ist vor allem von der Probe abhängig, die es zu untersuchen gilt.

Feste Proben wurden in der Vergangenheit entweder in eine Pelletform überführt oder mitsamt eines IR-transparenten Materialias gemahlen. Daneben besteht die Möglichkeit, die Probe so dünn zu schneiden, dass die Probe durch das IR-Licht problemlos durchdrungen werden kann. In diesem Fall ist auch eine Analyse ohne die Verdünnung mit einem Lösemittel oder KBr möglich. Zutreffend ist dies besonders bei biologischen Gewebeschnitten und Polymerfilmen.

Geht es um die Analyse von Flüssigkeiten, wurden diese in der Regel jedoch direkt vermessen oder verdünnt, indem sie mit einem IR-transparenten Lösemittel vermischt wurden. Zusammengefasst werden sämtliche dieser Messansätze und Methoden durch die Bezeichnung Transmission. Gegenüber dieser stellt die Reflexion eine weitere Technik dar. Bei dieser kommt es zu einer Interaktion des IR-Lichts mit der jeweiligen Materialoberfläche, wodurch das Sammeln von chemischen Informationen möglich wird.

(Bildquelle: Pixabay.com – CC0 Public Domain)

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