Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 3: Experimenteller Teil 43
Infrarotgebiet schließt sich an das langwellige Ende des sichtbaren Spektralbereichs an und
erstreckt sich bis zu den Mikrowellen.
Durch Strahlungsabsorption im Wellenlängenbereich zwischen 2,5 µm – 50 µm (MIR) werden
in einem Molekül unterschiedliche Schwingungen von Atomen und von funktionellen Gruppen
angeregt. Die aufzuwendende Energie hängt dabei von der Masse der beteiligten Atome und
den zwischen ihnen wirkenden Bindungskräften ab. Daher absorbieren unterschiedliche
Moleküle bzw. Molekülteile oder -strukturen bei verschiedenen bekannten Frequenzen, so
dass aus dem detektierten Strahlungsspektrum auf den Molekülaufbau der chemischen
Verbindungen geschlossen werden kann.
Die Absorption der IR-Strahlung erfolgt, wenn die Frequenz der Infrarotstrahlung auf die
Eigenfrequenz eines infrarotaktiven Schwingungszustands des betrachteten Moleküls
abgestimmt ist (Resonanzbedingung). Außer der Resonanzbedingung muss für das Auftreten
von messbaren Signalen im IR-Spektrum als weitere Bedingung die Infrarotaktivität gegeben
sein: die Schwingung muss zu einer Änderung des Dipolmomentes führen (IR-Aktivität), denn
nur ein schwingender Dipol tritt mit dem elektromagnetischen Feld unter Energieaufnahme
(Absorption) in Wechselwirkung. Einzelne, stark polare Gruppen in einem Molekül ergeben
besonders intensive Absorptionen (z. B. -C=O, -OH). Tritt bei einer Schwingung keine
Dipoländerung auf, wird die Signalintensität im Spektrum entweder Null oder nur sehr klein.
Man spricht von einer IR-inaktiven Schwingung, z. B. bei O2 und H2 [118].
Der Wellenlängenbereich infraroter Strahlung umfasst folgende Teile:
• Fernes IR 500 µm – 50 µm
• Mittleres IR 50 µm – 2,5 µm
• Nahes IR 2,5 µm – 0,75 µm.
Der für die IR-spektrometrischen Untersuchungen ausgenutzte Bereich ist der mittlere
Infrarotbereich, da die Schwingungsbanden aller organischen Verbindungen polymerer
Materialien (auch des PMMA) in diesem Wellenlängenbereich liegen.
Im IR-Spektrum kann die Lage der Absorptionsbande in Einheiten der Wellenlänge λ in µm
des absorbierten Lichtes ausgedrückt werden. In der Infrarotspektroskopie hat sich die
Angabe der Einheiten der reziproken Wellenlänge, der sogenannten Wellenzahl ν ~ in cm -1
durchgesetzt. Wellenzahlen haben den Vorteil, dass sie der Frequenz der absorbierten
Strahlung und damit der Energie ΔE direkt proportional sind. Es gilt:
f … Frequenz
ν ~ … Wellenzahl
c … Lichtgeschwindigkeit
h … Planck-Konstante.
ν
1 f
= =
λ c
~ (7)
hc
E = hf = = h cν~
λ
Δ (8)
Die Einteilung der molekularen Grundschwingungen erfolgt entsprechend der
Schwingungsform in Valenzschwingungen (Streckschwingungen) und verschiedene Arten von