Was ist FTIR-Spektroskopie und wofür wird sie verwendet?

Die FTIR-Spektroskopie (Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie) ist eine Analysemethode, bei der die Wechselwirkung zwischen Infrarotlicht und einer Probe gemessen wird. Viele chemische Bindungen schwingen bei ganz bestimmten Infrarotwellenlängen. Bei der FTIR-Spektroskopie wird daher ein für die Probe charakteristisches Spektrum aufgenommen, welches eine Art Fingerabdruck darstellt.

Besonders gut lassen sich damit chemische Gruppen erkennen, also typische Bausteine von Molekülen, wie zum Beispiel Carbonyl-, Amin- oder Alkoholgruppen. Jede dieser Gruppen zeigt charakteristische Banden im IR-Spektrum. So kann man sowohl die Identität eines Stoffes prüfen als auch Aussagen über seine chemische Struktur treffen.

 

Messmethoden in der FTIR-Spektroskopie

FTIR-Spektrometer lassen sich durch die Kombination mit Messzubehör für zahlreiche verschiedene Anwendungen erweitern. Im Folgend sind die am weitesten verbreiteten Messmethoden kurz aufgeführt. 

ATR (Abgeschwächte Totalreflexion)
Die ATR-Methode ist die mit Abstand am weitesten verbreitete FTIR-Methode. Bei der ATR-Messung wird die Probe direkt auf einen Kristall, typischerweise aus Diamant, gedrückt. Das Infrarotlicht dringt dann in die obersten Mikrometer der Probe ein. Die Methode erfordert zumeist nur eine minimale Probenvorbereitung und eignet sich für Flüssigkeiten, Pasten, Pulver und ganze Festkörper. Die Methode ist schnell, robust und ideal für die Routine.

DRIFTS (Diffuse Reflexions-IR-Spektroskopie)
Diese Methode ist besonders für Pulver, poröse Stoffe und raue Oberflächen geeignet. Das IR-Licht wird an den vielen Partikeloberflächen diffus gestreut und aus dem zurückkommenden Licht wird das Spektrum berechnet. So lassen sich beispielsweise Katalysatoren oder Pulver untersuchen. Je nach Probe verlangt diese Methode jedoch eine aufwändigere Probenvorbereitung als die ATR-Methode. 

Reflexion (spiegelnde Reflexion/Reflexionsabsorptions-IR) 
Hier trifft das IR-Licht auf eine glatte, reflektierende Oberfläche und wird von dort zurückgeworfen. Veränderungen im reflektierten Licht geben Hinweise auf Beschichtungen, dünne Schichten oder Verunreinigungen auf Metallen, Folien oder Lacken. Die Methode wird z.B. zur Kontrolle der Schichtqualität und der Oberflächenreinheit eingesetzt.

FTIR- und Raman-Mikroskopie 
Hier wird die Spektroskopie mit einem Mikroskop kombiniert. So können sehr kleine Bereiche, Partikel oder Defekte gezielt analysiert werden.
Beide Methoden finden Anwendung bei der Analyse mikroskopisch kleiner Kontaminationen und Fehlstellen und werden z.B. in der Mikroplastik-Analytik, in der Forensik oder in der Qualitätskontrolle eingesetzt. Dabei sind FTIR- und Raman-Mikroskopie komplementäre Methoden, die sich gegenseitig ergänzen.
Zusammen erlauben beide Techniken eine sehr detaillierte, ortsaufgelöste Materialanalyse im Mikrometerbereich und können in Kombination zahlreiche organische und anorganische Analyten identifizieren.
 

Wofür wird FTIR-Spektroskopie verwendet?

Die FTIR-Spektroskopie eignet sich hervorragend zur Identifizierung und zum schnellen Screening von Rohstoffen, Zwischen- und Endprodukten. Sie ist daher vor allem in der Qualitätskontrolle weit verbreitet. Durch den Vergleich des gemessenen Spektrums mit Referenzspektren oder Spektren aus Bibliotheken lässt sich schnell feststellen, ob es sich um das richtige Material handelt oder ob Abweichungen vorliegen.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist die Erkennung von Kontaminationen. Fremdpartikel, Rückstände auf Oberflächen oder Verunreinigungen in Pulvern und Granulaten lassen sich häufig schnell identifizieren, indem das Spektrum der Verunreinigung mit bekannten Referenzen verglichen wird.

FTIR wird auch häufig zur Verfolgung chemischer Reaktionen eingesetzt. Veränderungen der Banden im Spektrum zeigen an, wie sich funktionelle Gruppen im Laufe einer Reaktion auf- oder abbauen. So kann man zum Beispiel die Aushärtung von Harzen oder Polymerisationen in Echtzeit beobachten.

Darüber hinaus dient FTIR zur allgemeinen Materialcharakterisierung, etwa von Kunststoffen, Beschichtungen, Ölen, pharmazeutischen Produkten oder Lebensmittelverpackungen. Die Methode liefert schnell Informationen über das Material und ist damit ideal für Routineanalytik und schnelle Entscheidungen im Laboralltag.