fbpx
Wikipedia

For alternative betydninger, se Ir (flertydig). (Se også artikler, som begynder med Ir)

Infrarød stråling (IR) er elektromagnetisk stråling som har længere bølgelængde end synligt lys men kortere end mikrobølgestråling. Navnet infrarød betyder "under rød" (fra latin infra, "under"). Rød er den synlige lysfarve med den længste bølgelængde. Infrarød stråling spænder over 3 dekaders bølgelængder og er mellem ca. 0,7 μm og 1000 μm.

Billede af en hund taget i det termisk infrarøde strålingsområde MIR (falske farver). Bemærk at øjnene, munden og lidt af ørene er kuldebroer, da de leder/stråler varmen fra kroppen væsentligt bedre end pelsen.
Infrarødt billede af en isbjørn.
Infrarødt billede af en slange som spiser en mus.

Der er 3 grundlæggende elektromagnetiske strålingsegenskaber (som omfatter infrarød stråling): lysstyrke (amplitude), frekvens (eller bølgelængde – i vakuum – medmindre andet er nævnt) og polarisation.

Indholdsfortegnelse

IR bliver ofte underinddelt i:

  • nær infrarød NIR, IR-A DIN, 0,7–1,4 µm i bølgelængde, defineret ved vanddamps absorption og almindeligt anvendt i optiske fibre til telekommunikation fordi de optiske fibres SiO2 lysleder her har særlig lave tab.
  • kortbølget IR SWIR, IR-B DIN, 1,4–3 µm Vanddamps absorption stiger væsentigt ved 1450 nm
  • mellembølget IR MWIR, IR-C DIN, også eng. intermediate-IR (IIR), 3–8 µm
  • langbølget IR, termisk-IR LWIR, IR-C DIN, 8–15 µm)
  • far infrarød FIR, 15–1000 µm

Men disse termer er ikke præcise og bliver anvendt forskelligt i forskellige undersøgelser f.eks.:

  • NIR (0,7–5 µm)
  • MIR, termisk-IR (5–30 µm)
  • FIR (30–1000 µm).

Jordens overflade absorberer stråling fra solen (primært synligt lys og nær infrarød stråling) og genudsender det meste af energien som varmestråling i form af udgående langbølget stråling – termisk infrarød stråling tilbage til atmosfæren. Nogle af atmosfærens gasser – specielt vanddamp – absorberer den termisk infrarøde stråling og genudsender den i alle retninger inklusiv tilbage til jordens overflade. Dette, drivhuseffekten, holder atmosfæren og overfladen meget varmere, end hvis de infrarøde gasabsorbere ikke var der.

Selvom om mennesker ikke kan se IR, kan vores huds varmefølsomme receptorer mærke den del af den kortbølgede-IR stråling, som i huden omdannes til langbølget-IR (varme).

Isbjørnen er et af de varmblodede dyr, som er bedst isoleret mht. varmestråling. Isbjørne er formidabelt isolerede; ved over 10 °C bliver de for varme, og deres varmeisolation er så god at de næsten ikke kan ses med et termisk infrarødt kamera.

Molekylers vibrationer

Alle bindinger i et molekyle vibrerer. De simpleste former for vibration, som kan ses på et IR-spektrum kaldes stræk og bøj. Disse kan deles op i mere komplekse typer af stræk og bøj. Generelt kan det siges, at stræk vibrationer foregår på højere bølgetal end bøj vibrationer. Der findes to former for stræk, symmetrisk og asymmetrisk. For at der kan være symmetrisk eller asymmetrisk stræk, skal der være en gruppe på 3 eller flere atomer, hvoraf minimum to af dem er identiske. Eksempler på disse er –CH3, -CH2, -NO2, -NH2 samt anhydrider. Dette er særlig nyttigt, når man har med nitrogen indeholdende grupper, da for eksempel en primær amin vil have to toppe og en sekundær kun en top.

Disse vibrationer kaldes fundamentale absorberinger. Disse kan dog være med til, at komplicere ens spektrum væsentligt, da ens spektrum så kan indeholde overtone bånd, kombinerede bånd, eller differens bånd.

Overtone bånd skyldes en forøgelse af energien og dermed frekvensen af bølgetallet. Overtone bånd vil som regel ligge på to eller tre gange den oprindelige værdi af bølgetallet. Det vil sige, at har man en top, på for eksempel 600 cm-1, kan dette resultere i et bånd med en lavere intensitet på 1200 cm-1, og kan dermed gøre det vanskeligere at tilordne alle toppe i ens spektrum.

To vibrerende frekvenser kan samtidig supplere hinanden, og ligger denne vibration i det infrarøde spektrum kan man få det, der kaldes et kombineret bånd. Dette bånd, er en sum af to bånd, som påvirker hinanden. Et differens bånd er i bund og grund det samme, dog skal man trække de to bånd fra hinanden.

En anden faktor, der kan komplicere ens spektrum, er rotationel kobling. Dette viser sig gerne som et meget bredt bånd i ens spektrum, og kan derfor fjerne nogen toppe, som ligger i det interval. Denne kobling skyldes, at hele molekylet har mulighed for at rotere. Dette optages ikke på spektrometeret, men denne rotation kan koble med de forskellige stræk og bøj vibreringer, og dermed vise sig i spektret.

Vi kender fra fysikkens verden til hastigheden af lys, samt egenskaber for bølger. Dette kan vi bruge til tydning af IR-spektre. Lys bevæger sig med en hastighed på 3 • 10^8 m/s, som kaldes c. Disse bølger udsendes med en frekvens kaldet f, og har enheden [s-1], da frekvensen er defineret som antal svingninger pr. sekund. Det vides også fra fysikken, at bølger udsendes med en længde, kaldet λ, eller bølgelængden. Dennes størrelse fortæller i hvilket område man befinder sig, altså om det er i det infrarøde, synlige eller mikrobølge osv. Grundet molekylers vibration ses der på den vibrerende del af det infrarøde spektrum, som ligger mellem 2,5 og 25 μm. Der er den sammenhæng mellem frekvensen og bølgelængden, at produktet giver lysets hastighed. Kender man først frekvensen kan man også beregne den energi bølgen udsendes med, da disse er proportionale med hinanden, og proportionalitets konstanten er Plancks Konstant, kaldet h: En binding mellem 2 forskellige atomer, kan på et simpelt plan betragtes som en fjeder. Blandt andet fordi, at der foregår en konstant vibration mellem disse to atomer, hvor bindingens længde vil variere. På grund af dette, kan man benytte Hooke’s Lov. Det fremgår af Hooke’s lov, at jo højere en binding det er, f.eks. trippel, des højere område ses den på, i ens spektrum, det vil sige, dens bølgetal er blevet større. Desuden ses det, at molekyler med en høj masse vibrerer i den lave ende af spektret, det vil sige, dens bølgetal er mindre.

C-H stræk findes ved højere bølgetal, end C-H bøj. Dette skyldes, at kraftkonstanten er større for en stræk-vibration end bøj. Desuden er kraftkonstanten afhængig af bindingens hybridisering. Resonansformer påvirker også kraftkonstanten. Dette skyldes, at en resonansform kan påvirke længden samt styrken af den binding. Man kan også sige, at dobbeltbindingen noget af tiden vil ligne en enkeltbinding, og derfor være svagere.

Man kan bruge ovennævnte information til at beregne inden for hvilket område på ens spektrum, man kan forvente at finde et bånd, hvis man da ved hvordan ens molekyle ser ud.

Generelt om IR-spektrometeret

Et IR-spektrometer kaldes også et spektrofotometer. Der findes to slags IR-spektrometre, det ene kaldes et spredende, og det andet et Fourier Transform (FT), hvor sidstnævnte er det nyeste. Det spredende spektrometer:

Spektrometeret danner en infrarød stråle, ved hjælp af en varm tråd, som sendes ind i spektrometeret, hvor et spejl deler den. Den ene stråle bruges blot som reference, så man får en baggrundsstråling, der bruges når det færdige spektrum skal laves. Den anden stråle belyser vores prøve.

Herefter rammer strålen en såkaldt monochromator, som deler strålen op i et kontinuert spektrum af infrarødt lys, som har forskellige frekvenser. Monochromatoren består af en roterende del, kaldet en beam chopper. Denne leder de to stråler hen til et diffraktionsgitter. Dette gitter roterer med en mindre hastighed, hvilket bevirker, at de forskellige frekvenser kommer igennem, dog kun en ad gangen. Lyset rammer derefter en detektor, der sammenholder det lys der gik gennem prøven og det som blev brugt til reference. Herefter går lyset gennem en forstærker, hvorefter spektret bliver optaget. Dette tager et stykke tid, da der kun optages én frekvens ad gangen, da diffraktionsgitteret kun sender en frekvens igennem.

Optageren måler så, hvor stor en procentdel af referenceintensiteten er kommet igennem, i forhold til referenceintensiteten. Det vil sige, vises der en intensitet på 100 % har der ikke været nogen absorption. Det betyder så også, at når der er en absorption, vises det som et minimum på spektret. På trods af dette, kaldes det dog stadig en top. Et eventuelt opløsningsmiddel til prøvestoffet, placeres blot i reference strålen, hvorefter det blot trækkes fra resultatet, da stoffet er i begge stråler.

Fourier Transform spektrometer

Denne type fungerer lidt anderledes end et spredende spektrometer. Her udnytter man det optiske lys, som også indeholder det infrarøde område. Dette signal kaldes et interferogram, som faktisk er data af intensitet mod tid. Dette kan dog omregnes til intensitet mod frekvens, hvilket er mere brugbart for kemikere. Denne matematiske metode kaldes Fourier-transformation, deraf navnet.

Fordelen ved FT er hastigheden. Det tager ikke meget længere end et sekund at optage et spektrum identisk med et, som man optager med et spredende spektrometer. Dette gør, at man kan optage adskille spektre af det samme stof, og derved få et mere præcist spektrum, da man har flere data at beregne absorptionen ud fra. Man starter med at måle baggrundsabsorptionen, så evt. gasser i luften ikke måles med. Derefter måler man på sit stof, og computeren trækker så baggrundsabsorptionen fra.

  • Wikimedia Commons har flere filer relateret til Infrarød stråling
  • Citat: "...It [Wide Field Camera (WFCAM)] will survey large regions of the sky at infrared wavelengths and is expected to discover both the nearest objects outside our Solar System and the farthest known objects in the Universe..."

infrarød, stråling, sprog, overvåg, rediger, omdirigeret, infrarød, alternative, betydninger, flertydig, også, artikler, begynder, infrarød, stråling, elektromagnetisk, stråling, længere, bølgelængde, synligt, kortere, mikrobølgestråling, navnet, infrarød, bet. Infrarod straling Sprog Overvag Rediger Omdirigeret fra Infrarod For alternative betydninger se Ir flertydig Se ogsa artikler som begynder med Ir Infrarod straling IR er elektromagnetisk straling som har laengere bolgelaengde end synligt lys men kortere end mikrobolgestraling Navnet infrarod betyder under rod fra latin infra under Rod er den synlige lysfarve med den laengste bolgelaengde Infrarod straling spaender over 3 dekaders bolgelaengder og er mellem ca 0 7 mm og 1000 mm Billede af en hund taget i det termisk infrarode stralingsomrade MIR falske farver Bemaerk at ojnene munden og lidt af orene er kuldebroer da de leder straler varmen fra kroppen vaesentligt bedre end pelsen Jordens atmosfaeres UV lys og infrarode absorption og transmission Infrarodt billede af en isbjorn Infrarodt billede af en slange som spiser en mus Der er 3 grundlaeggende elektromagnetiske stralingsegenskaber som omfatter infrarod straling lysstyrke amplitude frekvens eller bolgelaengde i vakuum medmindre andet er naevnt og polarisation Indholdsfortegnelse 1 Forskellige infrarode intervaller 2 Infrarod Spektroskopi 2 1 Molekylers vibrationer 3 Bolgetal frekvens og lysets hastighed 3 1 Generelt om IR spektrometeret 3 2 Fourier Transform spektrometer 4 Se ogsa 5 Eksterne henvisningerForskellige infrarode intervaller RedigerIR bliver ofte underinddelt i naer infrarod NIR IR A DIN 0 7 1 4 µm i bolgelaengde defineret ved vanddamps absorption og almindeligt anvendt i optiske fibre til telekommunikation fordi de optiske fibres SiO2 lysleder her har saerlig lave tab kortbolget IR SWIR IR B DIN 1 4 3 µm Vanddamps absorption stiger vaesentigt ved 1450 nm mellembolget IR MWIR IR C DIN ogsa eng intermediate IR IIR 3 8 µm langbolget IR termisk IR LWIR IR C DIN 8 15 µm far infrarod FIR 15 1000 µm Men disse termer er ikke praecise og bliver anvendt forskelligt i forskellige undersogelser f eks NIR 0 7 5 µm MIR termisk IR 5 30 µm FIR 30 1000 µm Jordens overflade absorberer straling fra solen primaert synligt lys og naer infrarod straling og genudsender det meste af energien som varmestraling i form af udgaende langbolget straling termisk infrarod straling tilbage til atmosfaeren Nogle af atmosfaerens gasser specielt vanddamp absorberer den termisk infrarode straling og genudsender den i alle retninger inklusiv tilbage til jordens overflade Dette drivhuseffekten holder atmosfaeren og overfladen meget varmere end hvis de infrarode gasabsorbere ikke var der Selvom om mennesker ikke kan se IR kan vores huds varmefolsomme receptorer maerke den del af den kortbolgede IR straling som i huden omdannes til langbolget IR varme Isbjornen er et af de varmblodede dyr som er bedst isoleret mht varmestraling Isbjorne er formidabelt isolerede ved over 10 C bliver de for varme og deres varmeisolation er sa god at de naesten ikke kan ses med et termisk infrarodt kamera Infrarod Spektroskopi RedigerMolekylers vibrationer Rediger Alle bindinger i et molekyle vibrerer De simpleste former for vibration som kan ses pa et IR spektrum kaldes straek og boj Disse kan deles op i mere komplekse typer af straek og boj Generelt kan det siges at straek vibrationer foregar pa hojere bolgetal end boj vibrationer Der findes to former for straek symmetrisk og asymmetrisk For at der kan vaere symmetrisk eller asymmetrisk straek skal der vaere en gruppe pa 3 eller flere atomer hvoraf minimum to af dem er identiske Eksempler pa disse er CH3 CH2 NO2 NH2 samt anhydrider Dette er saerlig nyttigt nar man har med nitrogen indeholdende grupper da for eksempel en primaer amin vil have to toppe og en sekundaer kun en top Disse vibrationer kaldes fundamentale absorberinger Disse kan dog vaere med til at komplicere ens spektrum vaesentligt da ens spektrum sa kan indeholde overtone band kombinerede band eller differens band Overtone band skyldes en forogelse af energien og dermed frekvensen af bolgetallet Overtone band vil som regel ligge pa to eller tre gange den oprindelige vaerdi af bolgetallet Det vil sige at har man en top pa for eksempel 600 cm 1 kan dette resultere i et band med en lavere intensitet pa 1200 cm 1 og kan dermed gore det vanskeligere at tilordne alle toppe i ens spektrum To vibrerende frekvenser kan samtidig supplere hinanden og ligger denne vibration i det infrarode spektrum kan man fa det der kaldes et kombineret band Dette band er en sum af to band som pavirker hinanden Et differens band er i bund og grund det samme dog skal man traekke de to band fra hinanden En anden faktor der kan komplicere ens spektrum er rotationel kobling Dette viser sig gerne som et meget bredt band i ens spektrum og kan derfor fjerne nogen toppe som ligger i det interval Denne kobling skyldes at hele molekylet har mulighed for at rotere Dette optages ikke pa spektrometeret men denne rotation kan koble med de forskellige straek og boj vibreringer og dermed vise sig i spektret Bolgetal frekvens og lysets hastighed RedigerVi kender fra fysikkens verden til hastigheden af lys samt egenskaber for bolger Dette kan vi bruge til tydning af IR spektre Lys bevaeger sig med en hastighed pa 3 10 8 m s som kaldes c Disse bolger udsendes med en frekvens kaldet f og har enheden s 1 da frekvensen er defineret som antal svingninger pr sekund Det vides ogsa fra fysikken at bolger udsendes med en laengde kaldet l eller bolgelaengden Dennes storrelse fortaeller i hvilket omrade man befinder sig altsa om det er i det infrarode synlige eller mikrobolge osv Grundet molekylers vibration ses der pa den vibrerende del af det infrarode spektrum som ligger mellem 2 5 og 25 mm Der er den sammenhaeng mellem frekvensen og bolgelaengden at produktet giver lysets hastighed Kender man forst frekvensen kan man ogsa beregne den energi bolgen udsendes med da disse er proportionale med hinanden og proportionalitets konstanten er Plancks Konstant kaldet h En binding mellem 2 forskellige atomer kan pa et simpelt plan betragtes som en fjeder Blandt andet fordi at der foregar en konstant vibration mellem disse to atomer hvor bindingens laengde vil variere Pa grund af dette kan man benytte Hooke s Lov Det fremgar af Hooke s lov at jo hojere en binding det er f eks trippel des hojere omrade ses den pa i ens spektrum det vil sige dens bolgetal er blevet storre Desuden ses det at molekyler med en hoj masse vibrerer i den lave ende af spektret det vil sige dens bolgetal er mindre C H straek findes ved hojere bolgetal end C H boj Dette skyldes at kraftkonstanten er storre for en straek vibration end boj Desuden er kraftkonstanten afhaengig af bindingens hybridisering Resonansformer pavirker ogsa kraftkonstanten Dette skyldes at en resonansform kan pavirke laengden samt styrken af den binding Man kan ogsa sige at dobbeltbindingen noget af tiden vil ligne en enkeltbinding og derfor vaere svagere Man kan bruge ovennaevnte information til at beregne inden for hvilket omrade pa ens spektrum man kan forvente at finde et band hvis man da ved hvordan ens molekyle ser ud Generelt om IR spektrometeret Rediger Et IR spektrometer kaldes ogsa et spektrofotometer Der findes to slags IR spektrometre det ene kaldes et spredende og det andet et Fourier Transform FT hvor sidstnaevnte er det nyeste Det spredende spektrometer Spektrometeret danner en infrarod strale ved hjaelp af en varm trad som sendes ind i spektrometeret hvor et spejl deler den Den ene strale bruges blot som reference sa man far en baggrundsstraling der bruges nar det faerdige spektrum skal laves Den anden strale belyser vores prove Herefter rammer stralen en sakaldt monochromator som deler stralen op i et kontinuert spektrum af infrarodt lys som har forskellige frekvenser Monochromatoren bestar af en roterende del kaldet en beam chopper Denne leder de to straler hen til et diffraktionsgitter Dette gitter roterer med en mindre hastighed hvilket bevirker at de forskellige frekvenser kommer igennem dog kun en ad gangen Lyset rammer derefter en detektor der sammenholder det lys der gik gennem proven og det som blev brugt til reference Herefter gar lyset gennem en forstaerker hvorefter spektret bliver optaget Dette tager et stykke tid da der kun optages en frekvens ad gangen da diffraktionsgitteret kun sender en frekvens igennem Optageren maler sa hvor stor en procentdel af referenceintensiteten er kommet igennem i forhold til referenceintensiteten Det vil sige vises der en intensitet pa 100 har der ikke vaeret nogen absorption Det betyder sa ogsa at nar der er en absorption vises det som et minimum pa spektret Pa trods af dette kaldes det dog stadig en top Et eventuelt oplosningsmiddel til provestoffet placeres blot i reference stralen hvorefter det blot traekkes fra resultatet da stoffet er i begge straler Fourier Transform spektrometer Rediger Denne type fungerer lidt anderledes end et spredende spektrometer Her udnytter man det optiske lys som ogsa indeholder det infrarode omrade Dette signal kaldes et interferogram som faktisk er data af intensitet mod tid Dette kan dog omregnes til intensitet mod frekvens hvilket er mere brugbart for kemikere Denne matematiske metode kaldes Fourier transformation deraf navnet Fordelen ved FT er hastigheden Det tager ikke meget laengere end et sekund at optage et spektrum identisk med et som man optager med et spredende spektrometer Dette gor at man kan optage adskille spektre af det samme stof og derved fa et mere praecist spektrum da man har flere data at beregne absorptionen ud fra Man starter med at male baggrundsabsorptionen sa evt gasser i luften ikke males med Derefter maler man pa sit stof og computeren traekker sa baggrundsabsorptionen fra Se ogsa Redigerfysik luxmeterEksterne henvisninger Rediger Wikimedia Commons har flere filer relateret til Infrarod straling 2005 01 14 Sciencedaily World s Most Powerful Infrared Camera Opens Its Eyes On The Heavens Citat It Wide Field Camera WFCAM will survey large regions of the sky at infrared wavelengths and is expected to discover both the nearest objects outside our Solar System and the farthest known objects in the Universe Hentet fra https da wikipedia org w index php title Infrarod straling amp oldid 10226413, wikipedia, wiki, bog, bøger, bibliotek,

artikel

, læs, download, gratis, gratis download, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, billede, musik, sang, film, bog, spil, spil.