Spektroskopie

Jak se provádí identifikace cizorodých látek v životním prostředí? Jak se analyzují barvy, papíry, plnidla nebo emaily při restaurování uměleckých památek a historických děl? Jak se ověří čistota látek nebo stanoví jejich obsah ve směsích?

Infračervená spektroskopie

Infračervená spektroskopie, zkráceně IR spektroskopie, je spektroskopická metoda analytické chemie patřící mezi metody elektromagnetické spektroskopie. Je to kvalitativní metoda, která poskytuje velice přesnou identifikaci izolované látky. V určitých případech ji lze využít i pro kvantitativní analýzu vzorku. 

Infračervená spektroskopie je analytická technika určená především pro identifikaci a strukturní charakterizaci organických sloučenin a také pro stanovení anorganických látek. Tato technika měří pohlcení infračerveného záření o různé vlnové délce analyzovaným materiálem. 

Infračervené záření je elektromagnetické záření v rozsahu vlnových délek 0,78 – 1 000 mm, což odpovídá rozsahu vlnočtů 12 800 – 10 cm-1. Celá oblast bývá rozdělena na blízkou (13 000 – 4 000 cm-1), střední (4 000 – 200 cm-1) a vzdálenou infračervenou oblast (200–10 cm-1), přičemž nejpoužívanější je střední oblast.

Principem metody je absorpce infračerveného záření při průchodu vzorkem, při níž dochází ke změnám rotačně vibračních energetických stavů molekuly v závislosti na změnách dipólového momentu molekuly. Analytickým výstupem je infračervené spektrum, které je grafickým zobrazením funkční závislosti energie, většinou vyjádřené v procentech transmitance nebo jednotkách absorbance na vlnové délce dopadajícího záření. 

Transmitance (propustnost) je definována jako poměr intenzity záření, které prošlo vzorkem, k intenzitě záření vycházejícího ze zdroje. Absorbance je definována jako dekadický logaritmus 1/T. Závislost energie na vlnové délce je logaritmická, proto se používá vlnočet, který je definován jako převrácená hodnota vlnové délky, a tedy uvedená závislost energie na vlnočtu bude funkcí lineární.

Používá se v mnoha oblastech analýzy, např. i ve forenzní chemii. Při analýze se použije porovnání naměřeného spektra se spektrem drogy, případně vlákna v databázi spekter v počítači.

Podle energie použitého infračerveného záření rozlišujeme IR spektroskopii ve vzdálené (vlnová délka 20 – 1 000 µm), střední (2,5–20 µm) a blízké oblasti (0,8–2,5 µm).

Ramanova spektroskopie

Druhá metoda je Ramanova spektroskopie. Tato metoda využívá Ramanův jev. Používá se rozptyl laserového paprsku. Laserový paprsek může s elektrony interagovat v zásadě třemi způsoby:

  • Nejčastěji laserový paprsek excituje elektron v základním stavu do virtuálního stavu a při návratu z virtuálního stavu zpět se vyzáří foton se stejnou vlnovou délkou, jakou měl původní foton – tzv. Rayleighův rozptyl, který nenese žádnou analytickou informaci.
  • Pokud se elektron po excitaci do virtuálního stavu vrátí do vyšší kvantové hladiny, než z které byl předchozí elektron vyražen, vyzáří se foton s větší vlnovou délkou – tzv. Stokesovy fotony.
  • Naopak, pokud se elektron původně nenacházel v základním stavu, ale na vyšší hladině a vrací se na základní hladinu, vyzáří se foton s menší vlnovou délkou – tzv. Anti-Stokesovy fotony.

Posuny frekvencí u Stokesových a Anti-Stokesových fotonů od frekvence použitého laserového zdroje pak nesou analytickou informaci o rozdílech jednotlivých kvantových hladin (nejčastěji vibračních).

Ramanova spektroskopie je do značné míry doplňkovou metodou k infračervené spektroskopii. Je skoro pravidlem, že pásy intenzivní v Ramanových spektrech jsou v infračervených spektrech slabé a naopak, protože:

  • vibrace, u kterých se vibrací mění polarizovatelnost, mají pásy v Ramanových spektrech,
  • vibrace, které mění dipól molekuly, mají pásy v infračervených spektrech.

Ramanova spektroskopie se ve forenzní chemii uplatňuje při analýze drog a farmaceutik, barev, inkoustů i vláken. Využití našla i například při ověřování pravosti mapy Vinlandu, která měla dokázat, že Vikingové byli v Severní Americe před Kolumbem. Dále se používá v mineralogii při identifikaci minerálů a i v ostatních oborech geologie i chemie (identifikace organických sloučenin).

Tento text byl původně součástí článku Exkurze do laboratoří VŠCHT, ale věříme, že rubrika Věda pro něj bude s ohledem na jeho kvalitu důstojnějším umístěním.
Redakce

Autor: Oto Huml
Sdílet
Hledání
Členské příspěvky
Informace o tom jak zaplatit členské příspěvky naleznete na webu Mensy.
Stažení časopisu
Časopis Mensa 2/2019 (duben) si můžete stáhnout ve formátu PDF kliknutím na obrázek.
Titulní strana časopisu Mensa 2/2019
Inzerujte s Mensou
Informace o možnostech inzerce v médiích Mensy ČR naleznete na stránce inzerce v papírovém časopise.
Hledáme
"Historiky"
Mensa má na našem území bohatou historii, avšak jen její malá část je přehledně zmapována. Hledáme pomocníky, kteří by chtěli projít několik starších časopisů, vybrat z nich relevantní informace a upravit je do přehledné podoby.

Programátora
Šikovného programátora, který by byl ochoten věnovat část svého času a doprogramovat nám sekci Kariéra na intranetu Mensy.

Práce v redakci je dobrovolná a nemůžeme Vám za ni slíbit hmotný honorář. Nabízíme Vám však možnost dělat zajímavé věci s lidmi, se kterými je radost pracovat. Se zájmem se, prosím, obracejte na .
Inteligence
Inteligence a její měření
Co je to inteligence, jak se člení a jak ji můžeme změřit, co to znamená IQ?

Popis různých stupnic IQ
Na světě se používají různé stupnice IQ, vysvětlujeme jejich podstatu a vztahy mezi nimi

Historie měření inteligence
Podrobně vysvětlujeme jak se vyvíjely způsoby a metody měření inteligence

Jsme chytřejší než naši předkové?
Rozebíráme Flynnův efekt a změnu průměrné inteligence v populaci během 20. století

Kreativní génius nebo psychotik?
Hranice mezi geniálním a psychotickým jedincem je často velmi úzká, vysvětlujeme, proč tomu tak je a zda spolu tyto vlastnosti souvisí

Chcete znát své IQ?
Přihlaste se na testování IQ pořádané společností Mensa, které na rozdíl od mnoha pochybných testů na internetu probíhá prostřednictvím mezinárodně uznávaného a standardizovaného testu.
Mensa v médiích
Našli jste nějaký článek o Mense? Prosím, pošlete odkaz na adresu .
Napište nám
Rádi píšete a chcete uveřejnit článek v časopise nebo na webu Mensy? Chtěli byste Mense pomoci jinak? Potom určitě napište na .
Testování inteligence
Informace a přihlášku na oficiální testování inteligence naleznete na http://testovani.mensa.cz/. Testování můžete také někomu darovat formou dárkové poukázky.
Tištěný časopis
Časopis Mensa může odebírat kdokoliv (i nečlen) na území ČR za 150 Kč ročně. Se zájmem o předplatné se, prosím, obracejte na sekretářku: .