적외선 분광법
- 주로 분자의 정성분석에 사용한다.
- 분자 화학종들의 IR 흡수, 방출 및 반사 스펙트럼은 분자가 진동 또는 회전 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이되면서 일어나는 에너지 변화로 인해 생긴다.
- 적외선을 흡수하기 위해서는 진동과 회전 시 쌍극자 모멘트의 알짜 변화가 일어나야 한다.
- 적외선 분광법에서 일반적으로 사용하는 파수의 단위는 cm-1 이다.
IR에서 진동 방식의 수
1) 이원자 분자 (예 CO, HCl) :원자 사이의 결합각이 없어 굽힘 진동은 일어나지 않아 신축 진동만 일어난다.
2) 다원자 분자
- 분자의 운동 = 진동 + 회전 + 병진
- 진동 방식의 수
비 직선형 : (3n-6)개
직선형 : (3n-5)개
IR에서 분자운동의 진동 방식
1) 신축운동 : 원자들 사이의 결합 길이 변화 (신축진동에너지가 굽힘 진동 에너지보다 크다)
2) 굽힘 운동 : 원자들 사이의 결합각 변화
3) 신축운동에서의 주파수
: 분자가 신축 운동을 일으킬 때 주파수는 결합 세기에 비례하며, 질량에 반비례한다.
4) 진동에너지
: 결합세기와 환사질량에 의존한다.
적외선 분광법의 응용
1) 물질의 구조 확인
- 작용기에 따라 특정 파장에서 스펙트럼이 나타나므로 스펙트럼을 분석하여 물질의 구조를 확인할 수 있다.
- 정성분석
3600-1250cm-1 범위의 작용기 주파수 영역을 조사하여 어떤 작용기가 존재할 가능성이 큰 가를 결정한다.
1200-600cm-1 의 지문영역은 분자의 구조와 성분의 작은 차이가 흡수봉우리에 큰 영향을 주므로 이 영역을 조사하여 물질에 어떤 작용기가 존재하는지를 확인할 수 있다.
- 작용기 주파수
유기 작용기가 IR을 흡수하는 대략의 주파수는 원자의 질량과 결합상수로부터 확인할 수 있다.
- O-H : 3650-3590 cm-1
- C=O : 1,760-1,690 cm-1
- C-O : 1,300-1,050 cm-1
- C=C : 1,680-1,610 cm-1
2) 반응속도 및 반응 과정의 연구
작용기에 따른 흡수피크의 소멸 및 생성 과정으로 반응의 완결 및 속도 매커니즘을 확인한다.
3) 수소결합의 검정
4) 정량분석 및 순도 측정
- 적외선 스펙트럼이 매우 복잡하고, 흡수띠봉우리가 좁고, 사용하는 용매의 제한으로 표준 시료의 제조가 어려워 IR은 정량분석에 잘 이용되지 않는다.
- Beer Lambert 법칙을 정량분석에 이용한다.
적외서 Fourier 변환분광법
1) 빠른 시간 내에 정확한 IR 스펙트럼을 얻기 위해 도입되었다.
2) 장점
- 기기의 분해능이나 검출기에 도달하는 빛의 양을 제한하는 슬릿이 없어 낮은 농도의 시료도 분석 가능하다.
- 측정 시간이 신속하여 짧은 시간 내에 여러 번 반복 측정이 가능하다.
- 측정 파수의 정밀도가 우수하다.
- 열분해 또는 변질될 우려가 없다.
3) 단점
- 각기 다른 주파수의 모든 성분이 동시에 최곳값을 갖지 않아 간섭도의 비대칭성이 나타난다.
- 검출기가 비싸다.