IR-Spektrometer

Mit einem IR-Spektrometer oder Infrarotspektrometer wird ein Infrarotspektrum einer fest installierten Strahlenquelle (IR-Lampe) gemessen. Platziert man nun eine Probe in den Strahlengang, so ändert man damit das IR-Spektrum der Strahlenquelle. Ist die Probe so angeordnet, dass der Strahl sie passieren muss, so misst man ein Transmissionsspektrum der Probe. Lässt man den Strahl der Strahlenquelle an der Probenoberfläche reflektieren, so misst man das Reflexionsspektrum der gemessenen Oberfläche.

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Um die Messung unabhängig von störenden Umgebungseinflüssen wie Temperatur, Luft (im Grunde auch eine Probe die der Strahl passiert) oder andere IR-Strahlenquellen durchzuführen, misst man zuerst den Referenzstrahl ohne Probe und kurz danach den Messstrahl mit Probe. Zusätzlich kann auch durchaus ein komplettes Spektrometer in ein genügend großes Vakuumgefäß gestellt werden, um z. B. störende Absorptionen durch den unvermeidbaren Wasserdampf in der Luft auszuschließen.

Weitere Möglichkeiten betreffen den Einbau zumindest der Probe in einen Kryostaten zur Messung bei tiefen Temperaturen und/oder die Einbringung der Probe in ein Magnetfeld (siehe z. B. bei Fotoleitung).

Gemessen werden mit einem IR-Spektrometer entweder Halbleitermaterialien (diese praktisch nur in Reflexion), deren Bandlücken in diesen Spektralbereich fallen, oder Moleküle, die verschiedene Schwingungen ausführen können. Um ein Molekül beispielsweise in eine Kippschwingung zu versetzen benötigt man ein Strahlenquantum einer bestimmten Energie oder Wellenlänge. Man spricht von einer Absorption der Strahlungsenergie. Dieser Zustand ist nicht stabil und nur von kurzer Dauer. Das Molekül gibt das Strahlungsquantum wieder ab, aber fast immer in eine andere Richtung als die des Detektors. So erhält man eine Messkurve in der beispielsweise eine Wellenlänge fehlt, da diese von den Molekülen "verarbeitet" wurden. Diese charakteristische Messkurve ist nun ein Indiz für das zu messende Molekül, es ist sozusagen dessen "Fingerabdruck". Die Auswertung der Ergebnisse ist manchmal eine wahre Detektivarbeit und bedarf oft weiteren Messmethoden, um die Messergebnisse zu überprüfen.

Man kann mit einem IR-Spektrometer eine qualitative Analyse, aber nur bedingt eine quantitative Analyse durchführen. Man kann also herausfinden, aus welchen Molekülen die Probe zusammengesetzt ist, aber nicht, wie groß der Anteil dieser Moleküle an der Probe ist.

Die IR-Spektroskopie wird in folgende Unterklassen eingeteilt :

• FIR-Spektrokopie (Fernes Infrarot: Wellenlängen kleiner als 1 mm)
• MIR-Spektrokopie (Mittleres Infrarot: Wellenlängen kleiner als 50 µm)
• NIR-Spektrokopie (Nahes Infrarot: Wellenlängen kleiner als 2,5 µm)

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IR-Spektren verschiedener chemischer Verbindungen