Funktionelle grupper i molekyler har i mange år været genstand for intensiv forskning, især i forbindelse med spektroskopiske teknikker. Selvom anvendelser af det langt infrarøde område (FIR, 400–20 cm−1) stadig er relativt sjældne, er dets brug voksende, især med fremkomsten af terahertz spektroskopi, som på en måde har erstattet den traditionelle FIR-analyse. En af fordelene ved dette område er, at plast, stof og halvledermaterialer er gennemsigtige, hvilket åbner muligheder for in situ analyser. Denne region beskæftiger sig hovedsageligt med molekylære skeletvibrationer, selvom signalerne ofte er uspecifikke.

Spektrometriske målinger i både midt-infrarød (MIR) og nær-infrarød (NIR) rækkevidde udgør et almindeligt arbejdsredskab i mange laboratorier og anvendes rutinemæssigt, også i komplekse felter som fødevare-, drikkevare- og lægemiddelanalyser. For disse anvendelser er brugen af multivariat kemometri af stor betydning. Nogle af de store fordele ved midt-IR spektrometri er, at (i) prøver kan analyseres i gas-, væske- og fast form, (ii) det er anvendeligt for både organiske og uorganiske stoffer, og (iii) det kræver ikke store mængder af den oprindelige prøve eller komplekse prøvebehandlingsprocesser. Det er derfor ikke overraskende, at mange metoder er blevet udviklet til direkte måling af oprindelige prøver, og der findes et væld af kommercielle tilbehør, som kan erhverves afhængig af behovene i det enkelte laboratorium.

For den studerendes synspunkt kan det store antal spektrale toppe, der observeres i IR-spektre (især i MIR-området), være overraskende og endda misledende. Dette skyldes eksistensen af både stræknings- og bøjningsvibrationer. For et molekyle med Z atomer vil der som regel observeres 3Z–6 normale vibrationsmåder (3Z–5 hvis molekylet er lineært). Af disse vil Z–1 være strækningsvibrationer, hvor bindingerne forlænges eller forkortes, og 2Z–5 vil være bøjningsvibrationer, hvor vinklerne mellem to bindinger ændres. Desuden, på grund af historiske årsager og almindelig praksis ved kvalitativ vurdering, ser spektrene ofte anderledes ud end de spektrene, som studerende er mere vant til, såsom UV-vis spektrer. En vigtig pointe her er, at alle spektrale toppe eller bånd i denne region stammer fra vibrational- og/eller rotationelle energiovergange, som molekylet gennemgår, når det udsættes for et polykromatisk infrarødt lys.

Når en funktionel gruppe udsættes for infrarød stråling, kan det medføre en overgang i en bindende atomgruppe eller hele den funktionelle gruppe. Når kompleksiteten af molekylet øges, vil IR-spektrenes kompleksitet også øges. Generelt studeres kun vibrationsbånd, da den opløsning, som de fleste instrumenter tilbyder, er begrænset, og rotationsenergilevels degeneration kan forekomme, især i kondensstate. Moderne instrumenter har dog mulighed for at registrere rotationelle overgange, forudsat at prøven er i gasform.

Den kvalitative fortolkning af et IR-spektrum (her begrænset til enkle organiske stoffer og MIR-området) er baseret på at sammenligne placeringen af toppe eller spektrale bånd med tabulerede værdier for forskellige atomgrupper. Molekylstrukturen fastlægges ikke kun "på ét skridt", men funktionelle grupper deduceres først, hvorefter man samler dem i en mest sandsynlig struktur. Det er vigtigt at bemærke, at selvom brugen af tabulerede værdier er essentiel, er de ikke altid "universelt præcise". For eksempel kan placeringen af spektralbånd ændre sig afhængigt af faktorer som analytekoncentration, koncentrationen af andre stoffer, der kan ændre den atomariske miljø for den funktionelle gruppe, samt målingens tilstand og temperatur.

Nogle generelle retningslinjer kan dog gives. Spektrale toppe ved højere bølgenumre (4000–1600 cm−1) svarer som regel til strækning af bindinger, mens de lavere bølgenumre (1600–600 cm−1) ofte relaterer sig til bøjning af atombindinger. Spektralområdet omkring 2000 cm−1 har sjældent karakteristiske spektrale toppe, og området 1600–600 cm−1 udgør den såkaldte "fingeraftryksregion", hvor mange toppe kan findes, men ikke alle let kan tildeles bestemte funktionelle grupper eller vibrationsmåder. For eksempel kan dobbelt C–C bindinger ses ved 1600 cm−1 som en stærk top, mens trippel C–C bindinger ses ved 2100 cm−1 med en intens og meget smal top.

Substituerede aromatiske forbindelser kan identificeres ved deres tre eller fire smalle og intense toppe i intervallet 1600–1500 cm−1, som stammer fra C=C strækningsvibrationer. Området 910–650 cm−1 er også vigtigt for at studere aromatiske strukturer, hvor man undertiden kan afgøre typen af ring-substitution ud fra de grafiske mønstre. Denne information understøttes yderligere af data omkring 2000 cm−1, hvor grafiske mønstre ofte afslører ring-substitution.

Grupper, der indeholder C=O bindinger, kan hurtigt identificeres, da disse grupper har en intens vibrationsmode omkring 1700–1750 cm−1. Molekyler, der indeholder carboxylsyregrupper, kan identificeres ved to intense bånd: et omkring 1250 cm−1, som er resultatet af en kombination af strækning af C=O bindingen og bøjning af O–H bindingen, og et andet bredt og uspecifikt bånd omkring 3400 cm−1.

Ved fortolkning af IR-spektre er det derfor vigtigt at tage højde for forskellige faktorer, der kan påvirke spektrenes præcise placering og udseende. En grundlæggende forståelse af disse forhold og en fleksibel tilgang til brugen af tabeller vil gøre det muligt at opnå mere præcise og pålidelige resultater.

Hvordan fungerer atomabsorptions- og emissionsspektrometri i moderne analysemetoder?

Atomabsorptions- og emissionsspektrometri er uundværlige værktøjer i analytisk kemi, der bruges til at bestemme koncentrationen af metaller og metalloider i prøver. Denne teknologi, der anvender forskellige metoder til at excitere atomer og måle deres absorbans eller emissionsspektral intensitet, gør det muligt at udføre præcise analyser med høj følsomhed. Inden for disse teknikker er der flere faktorer, der er essentielle for at opnå pålidelige og nøjagtige resultater, herunder korrekt håndtering af interferens og valg af passende instrumentering. I denne sammenhæng spiller instrumenter som grafitfyr, pladser og massespektrometre en central rolle.

Atomabsorptionsspektrometri (AAS) er en teknik, der især anvendes til enkelt-elementanalyse af metaller og metalloider. En af de udfordringer, der kan opstå, er baggrundsabsorptionen, som kan forvride resultaterne i analysen. Dette fænomen er ikke meget udtalt i flammeatomisering, men kan være relevant i elektrotermisk atomabsorptionsspektrometri (ETAAS). I moderne grafitfyrinstrumenter benytter man sig af såkaldte baggrundskorrektorer for at sikre, at baggrundsabsorptionen ikke påvirker analytsignalet. Disse baggrundskorrektorer udfører typisk to målinger: den totale absorbans og baggrundsabsorptionen. Elektronikken i spektrometeret korrigerer derefter analytsignalet, hvilket muliggør præcise målinger. Continuumkilder og Zeeman-baggrundskorrektorer er de mest anvendte systemer i ETAAS til at korrigere baggrunden.

Atomabsorptionsspektrometriens anvendelser er varierede, men dens anvendelse i FAAS (Flame Atomic Absorption Spectrometry) er begrænset, da den primært er følsom for prøver med moderate koncentrationer af målkomponenter, typisk i området mg/L. Selvom FAAS tilbyder hurtige resultater og enkel prøvebehandling, er dets følsomhed relativt lav sammenlignet med andre teknikker. For elementer, der danner flygtige forbindelser, er VGAAS (Vapor Generation Atomic Absorption Spectrometry) den foretrukne teknik, da den kan opnå meget lave detektionsgrænser (LOD), som kan være så lave som 0,01 µg/L. På den anden side giver ETAAS tilstrækkelig følsomhed for sporstofanalyse af andre elementer, selvom prøvegennemløbet er mindre end med FAAS, og driften er mere kompleks.

En anden vigtig teknik er atomemissionsspektrometri (AES), hvor atomer exciteres gennem termisk eller elektrisk energi og derefter udsender karakteristisk lys i ultraviolet og synligt område. Denne teknik er i stand til at give detaljeret information om flere elementer samtidig. Excitationskilder som plasmaer, der produceres ved induktivt koblet plasma (ICP), er de mest anvendte i AES, da de tilbyder både højere temperaturer og en bedre atomisering af prøven end flammer, hvilket giver en højere population af exciterede atomer. Monokromatorer bruges til at isolere de specifikke bølgelængder af lys, der udsendes af de exciterede atomer, hvilket gør det muligt at kvantificere elementernes koncentration.

Plasmaet i ICP er især populært, da det leverer fremragende atomisering og højere koncentration af exciterede atomer sammenlignet med flammer. Det gør det muligt at analysere et bredt spektrum af elementer med stor følsomhed og en bred lineær kalibreringsområde. Interferenser i ICP-AES er som regel mindre problematiske end i andre teknikker, fordi plasmaet hæmmer ionisering af analytten ved at levere en høj koncentration af elektroner fra ioniseringen af argon. Selvom fysiske og kemiske interferenser stadig kan forekomme, især med molekylære interferenser, såsom dannelsen af OH, SO eller PO, er de sjældne i ICP-AES.

Endnu en teknik, der kombinerer fordelene ved ICP og massespektrometri, er ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). Denne metode tilbyder det højeste niveau af følsomhed og præcision, da den tillader separation af ioner efter deres masse-til-ladnings-forhold (m/z). Prøven ioniseres i plasmaet, og ionerne føres derefter ind i massespektrometeret, hvor de adskilles og detekteres. Dette gør det muligt at analysere elementer med ekstremt lave koncentrationer, ofte i området ng/L. Denne teknik er ideel til analyse af sporstoffer, isotoper og forurenende stoffer i miljøprøver, hvor andre teknikker ikke ville kunne levere pålidelige resultater.

Ved brug af ICP-MS og AES er det muligt at udføre multi-elementanalyse, hvilket er en af de væsentligste fordele i forhold til traditionelle atomabsorptionsmetoder. Afhængigt af det anvendte spektrometer og de målte elementer kan detektionsgrænserne variere fra 0,01 µg/L til 5 µg/L, hvilket dækker et bredt spektrum af analytiske behov.

Det er dog vigtigt at forstå, at ikke alle analytiske metoder er lige gode til alle typer prøver eller elementer. For eksempel, mens ICP-AES giver fremragende resultater for analyse af elementer, som ikke danner flygtige forbindelser, kan VGAAS være mere passende for elementer, der danner flygtige arter. Endvidere kan ICP-MS give ekstremt lav detektionsfølsomhed, men det er også en mere kompleks og dyr teknik, som kræver avanceret udstyr og specialiseret teknisk viden.

Hvordan kan man forstå Trumps rolle som sandhedstaler?
Hvordan tilpasse sig livet i Indien: Hverdagens små opdagelser og praktiske løsninger
Hvad kan vi lære af at løbe barfodet?
Hvordan Genetik og Følelser Påvirker Afhængighed