SPETTROSCOPIA INFRAROSSA


La spettroscopia a raggi infrarossi o IR è un tipo di spettroscopia di vibrazione, si tratta come avrete probabilmente intuito di una tecnica di spettroscopia dove vengono analizzate le vibrazioni molecolari. Per capire a fondo la spettroscopia IR è necessario capire prima i principi di un semplice moto armonico. Immaginate due sfere o masse, collegate da una molla. Nel caso in cui vi confondiate quello che immaginate dovrebbe sembrare più o meno così:

Simple Harmonic Oscilator

Si tratta di un semplice oscillatore armonico. Una volta messo in moto, la sfera oscillerà, o vibrerà avanti e indietro sulla molla, ad una certa frequenza, a seconda delle masse delle sfere e della rigidità della molla. Una sfera con massa piccola è più leggera e facile da muovere di una con massa grande. Quindi le masse più piccole oscillano a frequenze più alte rispetto alle masse grandi. Una molla molto rigida come quella del letto è difficile da deformare e ritorna velocemente alla sua forma originale quando la forza di deformazione viene rimossa. D'altro canto,una molla debole è facilmente deformabile e non ci vuole molto perché ritorni alla forma originale; inoltre, una molla più rigida oscillerà a frequenze più alte rispetto ad una molla debole. Un legame chimico tra due atomi può essere considerato come un semplice oscillatore armonico. Il legame è la molla, ed i due atomi o gruppi di atomi, tenuti insieme dal legame sono le masse. Ogni atomo ha una massa diversa, e un singolo, un doppio, un triplo atomo hanno diversi gradi di rigidezza, quindi ogni combinazione di atomi e legami ha la sua frequenza armonica particolare. Potete sapere di più su queste vibrazioni e frequenze cliccando qui.

Quando un oggetto vibra ad una determinata frequenza ed incontra un'altra vibrazione esattamente della stessa frequenza, l'oscillatore assorbe questa energia. Pensate ad esempio ad una corda di chitarra. Se pizzicate la corda -G facendola vibrare, ottenete uno stupendo suono G. Se pizzicate la corda D, tenendola schiacciata nel quinto "settore" otterrete sempre il suono G ma se guardate da vicino la corda vedete che non vibrerà solamente la corda-D ma vibra anche la corda-G poiché una parte dell'energia della corda-D in vibrazione viene trasferita alla corda-G, facendola vibrare. Ciò è valido anche per le molecole vibranti, tranne per il fatto che una corda-G non influenza le molecole!

A qualsiasi temperatura sopra lo zero assoluto, tutti i piccoli e semplici oscillatori armonici che formano qualsiasi molecola vibrano intensamente. La luce degli infrarossi si trova sulla stessa frequenza della molecola vibrante. Se viene colpita una molecola vibrante con luce IR, la molecola stessa assorbirà le frequenze della luce che si combinano esattamente con le frequenze dei diversi oscillatori armonici che formano quella molecola. Quando questa luce viene assorbita, i piccoli oscillatori nella molecola continueranno a vibrare alla stessa frequenza ma poiché hanno assorbito l'energia della luce , avranno una maggiore ampiezza di vibrazione. La "molla" si allungherà di più rispetto a come era prima di assorbire la luce. La luce residua, non assorbita da alcun oscillatore all'interno della molecola, viene trasmessa ad un rivelatore tramite il campione ed un computer analizzerà la luce trasmessa e determinerà quali frequenze sono state assorbite.

Nel passato, era possibile ottenere esclusivamente dati validi colpendo la molecola con un'unica frequenza di luce IR alla volta. Questo procedimento richiedeva molto tempo in quanto ci sono molte frequenze e per ottenere uno spettro valido era necessario fare molte scansioni. Ora, grazie al fantastico Algoritmo di Fourier la molecola può essere colpita con più frequenze di luce IR simultaneamente, ottenendo uno spettro perfetto in una frazione di tempo! WOW! Se siete curiosi, ecco il fantastico Algoritmo di Fourier.

La spettroscopia IR è una tecnica analitica molto semplice e Leslie che, come potete notare nella foto, indossa tutti gli idumenti di sicurezza appropriati, incluso il camice (uno degli indumenti da laboratorio tra i più sporchi) è felice di mostrarvi com'è semplice. Prima di tutto è necessario avere il materiale da analizzare in una forma che possa essere introdotta nello spettrometro a infrarossi. Normalmente si prepara un film in una placca di cloruro di sodio (sale da tavola) oppure si frantuma il materiale insieme al bromuro di potassio, KBr, facendone una pastiglia. Questi sali vengono utilizzati perché sono invisibili per la luce IR. Ci sono altri metodi per preparare un campione ma questi sono i più comuni quando si ha a che fare con i polimeri. Successivamente si mette il campione nello spettrometro dove la nostra gentile Leslie sta indicando, si chiude il coperchio, si aspetta per qualche secondo in modo che la camera del campione elimini l'anidride carbonica, si preme il pulsante "SCAN" sul computer, e VOILA, in meno di un minuto si ottiene lo spettro IR.


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