EL-MO II Moleküle, Schulbuch

93 chert haben, übernehmen die vollautomatische Auswertung. Massenspektren sind sehr substanzcharakteristisch. Isomere mit gleicher Molekülmasse und ähnlichen Gruppen unterscheiden sich in der Intensitätsverteilung der Massenpeaks eindeutig. Infrarotspektroskopie (IR-Spektroskopie) Infrarotstrahlen sind etwas energieärmer als sichtbares Licht und besitzen eine Wel- lenlänge von etwa 1 mm bis 1 µm. In der Praxis der IR-Spektroskopie arbeitet man al- lerdings mit der Wellenzahl, dem Kehrwert der Wellenlänge. Für die IR-Spektroskopie ergeben sich daher Wellenzahlen von 10 bis 10 000 cm –1 . Die Wellenzahl ist der Energie direkt proportional (Abb. 93.1). Diese Energien im IR-Bereich reichen aus, um ein Mo- lekül zu Schwingungen und Rotationen anzuregen. Durch diese Anregung wird die eingebrachte Strahlung geschwächt, was durch eine Absorptionsbande am IR-Spek- trum sichtbar wird. Die Energieaufnahme verläuft nicht kontinuierlich über das gesam- te Spektrum, weil auch bei Schwingungen nur bestimmte Energiestufen auftreten, dh. diese Schwingungen sind ähnlich wie die Elektronenanregungen gequantelt. (Siehe Elemente, Kap. 1.5) Man kann bestimmten Atomgruppen Absorptionsbanden zuordnen. Die genaue Lage einer Absorptionsbande hängt allerdings vom Gesamtmolekül ab (Abb. 93.2). Bei mehratomigen Molekülen kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Schwingungen (Schwingungskopplung). Glücklicherweise besitzt die Absorptions- frequenz bei bestimmten Gruppen nur eine geringe Abhängigkeit vom Restmolekül. Diese Tatsache kann zur Identifizierung der betreffenden Gruppe in unterschiedli- chen Molekülen genützt werden. Diesen Bereich des Spektrums, bei dem spezielle Gruppen Absorptionsbanden zeigen, nennt man Gruppenfrequenzbereich (Abb. 93.3). Bei niedrigen Wellenzahlen kommt es zu zahlreichen Absorptionsbanden, die keiner Gruppe zuzuordnen sind. Sie treten durch die Schwingungen des Moleküls- kelettes auf. Dieser Bereich ist für ein Molekül genauso charakteristisch wie der Fingerabdruck für einen Menschen und wird daher auch „fingerprint“-Bereich ge- nannt (Abb. 93.4). Eine Grobunterteilung des gesamten IR-Bereiches zeigt Abb. 93.3. In der Praxis stehen zahlreiche detaillierte Tabellen bzw. Spektrendateien für die Auswertung eines Spektrums zur Verfügung. IR-Spektren gehören heute zu den am häufigsten verwendeten Standardmethoden für die Strukturaufklärung. Die Geräte sind einfach zu bedienen und die Untersu- chung ist rasch und zerstörungsfrei. Bei den heute fast ausschließlich verwendeten Zweistrahl-Geräten wird der IR-Strahl abwechselnd durch die Probe und die Ver- gleichsküvette geleitet. Das Differenzsignal wird gemessen. Die Vergleichsküvette (leer oder mit Lösungsmittel gefüllt) schließt unerwünschte Nebeneffekte aus. Da Glas IR-Strahlung absorbiert, verwendet man für die optischen Einrichtungen Nat- riumchlorid oder Kaliumbromid. Bei der Aufnahme des Spektrums werden alle Wel- lenlängen des IR-Gebietes durchlaufen. Der Schreiber zeigt die Durchlässigkeit (Transmission) der Probe in Prozent für jede Wellenzahl an. 6.2 SPeKtrOsKOPIsche MethODen ν = 1 λ = E h • c 4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 C–H aromat. C–H aliphat. –NH 2 –OH C O Wellenzahl 3800 3400 3000 2600 2200 1800 1400 1000 600 200 Dreifach- bindungen X–H X = O,N,C Schwingungen von Wellenzahl Doppel- bindungen Gruppenfrequenz- bereich " fingerprint"- Bereich 20 40 60 80 100 % Transmission 4000 3000 2000 1000 Wellenzahl in cm –1 " fingerprint"-Bereich Gruppenfrequenzbereich CH 3 C O C H C CH 3 H 3 C O Abb. 93.2: Absorptionsbereiche im IR-Bereich für einige Molekülbruchstücke Abb. 93.1: Beziehung zwischen Wellenzahl und Energie Abb. 93.3: Einteilung des IR-Bereiches Abb. 93.4: Interpretiertes IR-Spektrum Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv