FTIR Spektroskopie erklärt

Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) ist eine Art der Infrarotspektroskopie, die gleichzeitig Daten mit hoher spektraler Auflösung über einen großen Bereich erfasst und die bevorzugte Methode der IR-Spektroskopie für Labore ist. Die Definition von FTIR ergibt sich aus der Tatsache, dass ein mathematischer Prozess, die so genannte Fourier-Transformation, verwendet wird, um Rohdaten in ein lesbares Spektrum umzuwandeln.

Was ist FTIR Spektroskopie?

FTIR befasst sich mit dem Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums und misst, wie viel Licht von den Bindungen schwingender Moleküle absorbiert wird, um einen molekularen Fingerabdruck zu erstellen. Das Infrarotspektrum kann in nahes IR, mittleres IR und fernes IR unterteilt werden. Nahes IR hat die größte Energie und kann eine Probe viel tiefer durchdringen als mittleres oder fernes IR, aber es ist weniger empfindlich als mittleres oder fernes IR.

Die Prinzipien des IR zeigen, dass Moleküle vibrieren und Bindungen sich dehnen und biegen, wenn sie Infrarotstrahlung absorbieren. Die Methode funktioniert, indem ein IR-Lichtstrahl durch eine Probe geleitet wird. Damit ein im IR nachweisbarer Übergang stattfindet, müssen die Moleküle der Probe während der Vibration eine Änderung des Dipolmoments erfahren. Wenn die Frequenz des IR-Lichts mit der Schwingungsfrequenz der Bindungen übereinstimmt, kommt es zur Absorption und es kann ein Spektrum aufgezeichnet werden.

Bei IR absorbieren verschiedene funktionelle Gruppen Wärme bei unterschiedlichen Frequenzen. Dies hängt von ihrer Struktur ab und ein Schwingungsspektrum kann verwendet werden, um die in einer Probe vorhandenen funktionellen Gruppen zu bestimmen. Bei der Interpretation der mit einem IR-Spektrometer gewonnenen Daten werden die Ergebnisse mit einer Frequenztabelle verglichen, um herauszufinden, welche funktionellen Gruppen vorhanden sind.

Kombination mit anderen Techniken

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• Eine voltammetrische Studie über die Unterpotentialabscheidung von Kobalt auf einer Glaskohlenstoffelektrode
• Untersuchung der Oberflächenausrichtung von Flüssigkristall-Multischichten, die auf Polyvinylcinnamat-Photoalignment-Film verdampft wurden
• Anwendung von HVOF-Techniken für das Spritzen von keramischen Beschichtungen
• FTIR kann mit anderen Analysetechniken kombiniert werden, um mehr Informationen über eine Probe zu erhalten.

FTIR-Anwendungen

FTIR ist in vielen Industrien weit verbreitet und wird für die Analyse von organischen und anorganischen Verbindungen verwendet. Sie kann die Zusammensetzung von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen bestätigen.

FTIR wird hauptsächlich verwendet für:

• Die Identifizierung von unbekannten Verbindungen
• Quantitative Informationen, z.B. über Zusatzstoffe oder Verunreinigungen
• Kinetische Informationen durch die Zunahme oder den Zerfall von Infrarotabsorptionen
• komplexe Informationen, wenn sie mit anderen Geräten wie TGA, GC oder Rheometrie gekoppelt werden

Zu den Branchen, in denen FTIR eingesetzt wird, gehören die organische Synthese, die Polymerwissenschaft, die Petrochemie, die biologische Forschung, die pharmazeutische Industrie und die Analyse von Lebensmitteln. Tragbare FTIR-Spektrometer wurden ebenfalls erforscht und für die Analyse vor Ort eingesetzt.

In der biologischen Forschung kann FTIR verwendet werden, um Proteine in hydrophoben Membranumgebungen zu untersuchen. Die zeitaufgelöste (tr)-FTIR-Spektroskopie kann die Reaktionen der Aminosäuren, Liganden und spezifischen Wassermoleküle im aktiven Zentrum eines Proteins überwachen. Die Zeitspanne kann dabei von Nanosekunden bis zu Sekunden reichen und ein detailliertes Verständnis des molekularen Reaktionsmechanismus ermöglichen.

In der Umweltindustrie hat FTIR ebenfalls viele verschiedene Anwendungen. Es kann zur Analyse von Bodenproben und zur Überwachung der Luft- und Wasserqualität eingesetzt werden. Damit können Umwelt- und Gesundheitsprobleme angegangen werden, die durch die zunehmende Umweltverschmutzung entstanden sind.

Die Lebensmittelindustrie nutzt FTIR Spektroskopie, um sicherzustellen, dass sie die vorgeschriebenen staatlichen Standards einhält. Es kann die physikalischen, chemischen und rheologischen Eigenschaften von Lebensmitteln überwachen. Ein Beispiel ist die Untersuchung des Transfettgehalts von Lebensmitteln mit Hilfe der abgeschwächten Infrarot-Totalreflexion (ATR). Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von FTIR in der Lebensmittelindustrie ist der Vergleich der Unterschiede in den Körnern von Weizensorten. Auch lebensmittelbedingte Krankheitserreger können mit FTIR identifiziert werden.

In der forensischen Industrie wird FTIR Spektroskopie zur schnellen Identifizierung von illegalen Drogen, Tatortbeweisen, verbotenen Materialien und gefälschten Waren eingesetzt. Diese Techniken bieten eine schnelle, einfache und konsistente Analyse für die Bewertung von Chemikalien, beschlagnahmten Drogen, Farben und Materialien von Fahrerfluchten und die Identifizierung von Textilien.

In der pharmazeutischen Forschung ist FTIR vielseitig einsetzbar. Es wird hauptsächlich zur Identifizierung der Struktur unbekannter Verbindungen eingesetzt, kann aber auch für folgende Zwecke verwendet werden:

Qualitätsüberprüfung von Materialien

• Verformung von Polymeren, Kautschuk und anderen Materialien durch thermogravimetrische Infrarot- (TGA-IR) und Gaschromatographie-Infrarot- (GC-IR) Analyse
• Zur Identifizierung von Verunreinigungen
• Zur Analyse von dünnen Filmen und Beschichtungen
• Zur Überwachung von Automobil- und Schornsteinemissionen
• Für die Fehleranalyse