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Forum "Chemie" - Schwingungen NIR-Spektroskopie
Schwingungen NIR-Spektroskopie < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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Schwingungen NIR-Spektroskopie: Rückfrage
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 22:20 Di 27.10.2020
Autor: Cellschock

Hallo zusammen,

ich habe heute eine Frage, die eher die analytische Chemie betrifft und auch etwas die Quantenchemie und Physik streift.

Es geht um die NIR Spektroskopie, die ja bekanntlich die Absorption von NIR Licht durch Moleküle mit permanentem oder induziertem Dipol betrifft.

1. Frage:
Bringt NIR-Licht prinzipiell alle Moleküle zum Schwingen wenn genügend Energie geliefert wird? Oder nur Moleküle mit permanentem oder induziertem Dipol? Oder nur solche, die ihr Dipolmoment ändern? Es geht mir nicht um die Frage, welche Schwingungen im NIR-Spektrum zu sehen sind (nur die mit Dipoländerung).

2. Frage:
Wie ist der kausale Zusammenhang zwischen Absorption, Dipoländerung und Schwingung? Da fehlt mir noch das Verständnis und in Büchern finde ich da nicht so recht meine Antwort. Auch in wissenschaftlichen Journals scheint es mir oft widersprüchlich. Was passiert als erstes und was folgt danach? Was ich oft lese ist folgendes:
1. Moleküle mit permanentem oder induziertem Dipol absorbieren Licht (Quanten)
2. Moleküle werden dadurch zum Schwingen angeregt
3. Durch das Schwingen ändert sich der Dipolmoment
4. Dies wird sichtbar im IR-Spektrum
Aber das macht irgendwie keinen Sinn, die Absorption ist doch die Voraussetzung, dass die Moleküle schwingen? Wie kann die Schwingung dann die Folge der Absorption sein?

3. Frage:
Bei Partikelgrößenmessungen an festen Substanzen im NIR wird meist die Reflexion in Form von diffuser Streuung gemessen. Wird die Reflexion gemessen, die gar nicht absorbiert wurde und direkt von der Probe zurückgestrahlt wird oder wird die Reflexion gemessen, welche nach der Absorption und von der Schwingungsfrequenz der Moleküle ausgeht?

Danke und Gruß
Marcel

        
Bezug
Schwingungen NIR-Spektroskopie: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 00:19 Mi 28.10.2020
Autor: Martinius

Hallo Cellschock,

ich bin da leider überfragt.

Du könntest dich auf die Suche nach weiteren online-Chemieforen machen.

Auf die Schnelle habe ich nur das gefunden (kein Forum):

[]http://www.chemgapedia.de/vsengine/de/search.html?query=NIR

LG, Martinius

P.S. Ein Chemieforum, dass ich früher oft empfohlen hatte, hat leider den Betrieb eingestellt.

Bezug
                
Bezug
Schwingungen NIR-Spektroskopie: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 00:52 Mi 28.10.2020
Autor: Cellschock

Hi Martinius,

danke trotzdem für die schnelle Antwort. Das Einstellen des Betriebes von Chemieonline habe ich leider auch schon feststellen müssen. Aber nun habe ich meine Überlegungen ja schon formuliert und kann sie problemlos in einem anderen Forum stellen :-)

Gruß
Marcel

Bezug
        
Bezug
Schwingungen NIR-Spektroskopie: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 19:05 Mi 28.10.2020
Autor: chrisno

Hallo,
mit ein paar Erinnerungen aus dem Studium und dem Wikipedia Artikel
https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotspektroskopie
versuche ich mich an einer Antwort.

> Hallo zusammen,
>  
> ich habe heute eine Frage, die eher die analytische Chemie
> betrifft und auch etwas die Quantenchemie und Physik
> streift.
>  
> Es geht um die NIR Spektroskopie, die ja bekanntlich die
> Absorption von NIR Licht durch Moleküle mit permanentem
> oder induziertem Dipol betrifft.
>  
> 1. Frage:
>  Bringt NIR-Licht prinzipiell alle Moleküle zum Schwingen
> wenn genügend Energie geliefert wird? Oder nur Moleküle
> mit permanentem oder induziertem Dipol? Oder nur solche,
> die ihr Dipolmoment ändern? Es geht mir nicht um die
> Frage, welche Schwingungen im NIR-Spektrum zu sehen sind
> (nur die mit Dipoländerung).

Als Voraussetzung wird genannt:
Wenn eine bewegbare elektrisch Ladung vorhanden ist.
Das bezieht sich auf Moleküle, die ja untersucht werden sollen, in Metallen sind die bewegbaren elektrischen Ladungen auch gegeben. In Molekülen gibt es zwar viele, aber dennoch nur begrenzt viele Anregungsmöglichkeiten. Diese müssen die passende Frequenz haben, sodass die Photonenenergie aufgenommen werden kann. Darum ist die Formulierung "wenn genügend Energie geliefert wird" nicht passend. Die Energie ist durch den Frequenzbereich, NIR, festgeelgt. Hier gelten die Regeln der Quantenmechanik.
Nun folge ich wieder Wikipedia: Nötig ist ein vorhandenes oder induzierbares Dipolmoment.

>  
> 2. Frage:
>  Wie ist der kausale Zusammenhang zwischen Absorption,
> Dipoländerung und Schwingung? Da fehlt mir noch das
> Verständnis und in Büchern finde ich da nicht so recht
> meine Antwort. Auch in wissenschaftlichen Journals scheint
> es mir oft widersprüchlich. Was passiert als erstes und
> was folgt danach? Was ich oft lese ist folgendes:
> 1. Moleküle mit permanentem oder induziertem Dipol
> absorbieren Licht (Quanten)

[ok]

>  2. Moleküle werden dadurch zum Schwingen angeregt

Naja, es ändert sich der Schwingungszustand. Die Dikussion wird am harmonischen Oszillator durchgeführt. Der schwingt schon im Grundzustand. Durch die zugeführte Energie geht er in einen anderen Schwingungszustand über.

> 3. Durch das Schwingen ändert sich der Dipolmoment

Das Dipolmoment..
Ja, weil hier ein nichtlinearer Prozess gegeben ist.
Das halte ich für die einfache Diskussion aber erst einmal für nebensächlich.

>  4. Dies wird sichtbar im IR-Spektrum

Ich nehme als Beispiel eine Absorptionsmessung.
Wenn das Licht die passende Frequenz hat, nimmt das Molekül die Energie auf.
danch strahlt das Molekül die Energie wieder ab. Allerdings straht es die in irgendeine Richtung ab, also fast nie in die Richtung zum Detektor. Daher sieht der Detektor bei dieser Frequenz eine Absorption.

> Aber das macht irgendwie keinen Sinn, die Absorption ist
> doch die Voraussetzung, dass die Moleküle schwingen? Wie
> kann die Schwingung dann die Folge der Absorption sein?

Schwingungszustand 1 + Absorption -> Schwingungszustand 2
Schwingungszustand 2 + Emission -> Schwingungszustand 1

>  
> 3. Frage:
>  Bei Partikelgrößenmessungen an festen Substanzen im NIR
> wird meist die Reflexion in Form von diffuser Streuung
> gemessen. Wird die Reflexion gemessen, die gar nicht
> absorbiert wurde und direkt von der Probe zurückgestrahlt
> wird oder wird die Reflexion gemessen, welche nach der
> Absorption und von der Schwingungsfrequenz der Moleküle
> ausgeht?

Hier wäre es wichtig, dass du einb Beispiel für die Partikelgröße gibst.
Abhängig vor der Größe können ganz verschiedene Mechanismen verantwortlich sein.
Bei der Untersuchung der diffusen Streuung entsteht normalerweise kein Spektrum, es geht also  nicht um die speziellen Schwingungen des Moleküls. Erst einmal habe ich nicht gefunden, welcher Mechanismus hier zum Tragen kommt.

Allerdings gibt es auch ein Verfahren mit diffuser Streuung, das die Moleküle selbst untersucht:
[mm] http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_reflexion.vlu/Page/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_spektroskopie/reflexionsmethoden/ir_6_4/driftprinz_m14ht0600.vscml.html [/mm]

>  
> Danke und Gruß
>  Marcel


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