Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý hiện đại và thông dụng dùng để nghiên cứu phức chất. Các dữ kiện thu được từ phổ hấp thụ hồng ngoại cho phép xác định sự tạo thành phức chất và cách phối trí giữa phối tử và ion trung tâm. Ngoài ra, nó còn cho phép xác định kiểu phối trí và độ bền liên kết của kim loại - phối tử.
Khi phân tử vật chất hấp thụ năng lượng điện từ có thể dẫn đến các quá trình thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử… Mỗi quá trình như vậy đều đòi hỏi một năng lượng nhất định đặc
trưng cho nó, có nghĩa là đòi hỏi một bức xạ điện từ có tần số đặc trưng để kích thích. Trong đó, bức xạ hồng ngoại đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Mỗi một liên kết trong phân tử đều hấp thụ một bức xạ có tần số đặc trưng để thay đổi trạng thái dao động của mình, tần số đặc trưng này không những phụ thuộc vào bản chất liên kết mà còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo phân tử và các nguyên tử, nhóm nguyên tử xung quanh.
Có hai kiểu dao động chính của phân tử là dao động hóa trị (chủ yếu làm thay đổi chiều dài liên kết) và dao động biến dạng (chủ yếu làm thay đổi góc liên kết). Đối với những phân tử gồm n nguyên tử, người ta xác định là phải có 3n-6 (đối với phân tử không thẳng) và 3n-5 (đối với phân tử thẳng) dao động chuẩn. Sự xuất hiện của dao động trong phổ hồng ngoại cần thỏa mãn các điều kiện của quy tắc lọc lựa:
1) Năng lượng của bức xạ phải trùng với năng lượng dao động.
2) Sự hấp thụ năng lượng phải đi kèm với sự biến đổi momen lưỡng cực của phân tử. Sự biến đổi momen lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn.
Vì vậy, những phân tử có các yếu tố đối xứng thường cho phổ đơn giản hơn những phân tử không chứa yếu tố đối xứng .
Khi tạo thành phức chất, các dải hấp thụ đặc trưng của các liên kết trong phối tử thường bị dịch chuyển vì quá trình tạo phức là quá trình chuyển electron từ phối tử đến các obitan trống của ion kim loại để tạo liên kết phối trí nên làm giảm mật độ electron trên phối tử. Kiểu liên kết kim loại - phối tử trong phức chất được nghiên cứu bằng cách so sánh phổ của phức chất nghiên cứu (tạo bởi ion kim loại M và phối tử L) với phổ của những hợp chất khác cũng chứa phối tử L và có kiểu liên kết đã biết trước.
Các tần số νc=o
, νasc-o, νsc-o
Trong phổ IR của các axit cacboxylic và muối của chúng có tính đặc thù cao. Đặc trưng của các nhóm – COOH là các dải hấp thụ trong vùng 1700 ÷ 1750 cm-1 (νc=o), các nhóm COO- trong vùng 1570 ÷ 1590 cm-1 (νasc-o) và vùng 1400 ÷ 1420 cm-1(νsc-o). Các phân tử aminoaxit thường có cấu tạo lưỡng cực, trong phổ hồng hồng ngoại của chúng các giá trị số νasc-o
nằm trong khoảng 1600 ÷ 1630 cm-1, còn νasc-o nằm trong khoảng 1400 ÷ 1415 cm-1. Phương pháp phổ hồng ngoại thường rất tin cậy trong xác định sự có mặt các nhóm – COOH và –COO- trong phân tử và phân biệt nhóm –COOH phối trí hay không phối trí. Các giá trị νc=o
trong các trường hợp này khác biệt khá lớn. Các tần số νN-H
, δN-H
Các dải dao động hóa trị của các liên kết N - H trong phổ của các amin nằm trong vùng 3500 ÷ 3330 cm-1
( νN-H ), các dao động biến dạng nằm trong vùng 1600cm-1( δN-H). Trên phổ của các phức, dải hấp thụ νN-H
rộng hơn còn các giá trị số sóng của chúng thấp hơn trong phổ các amin. Dựa vào mức độ giảm νN-H
trên phổ của các phức so với phổ của các muối của natri hoặc kali cùng các phối tử để đánh giá độ bền của liên kết M - N, sự chuyển dịch này càng lớn càng bền.
Các tần số νO-H
và δO-H
Các dải hấp thụ đặc trưng của ion hydroxyl ở 3760 ÷ 3500 cm-1 (νO-H), của nước ẩm trong khoảng 3600 ÷ 3200 cm-1
(νO-H), của nước kết tinh trong mẫu khoảng 1600 ÷ 1615 cm-1
( δO-H).
Việc phân tích phổ hồng ngoại của các phức aminoaxit với kim loại là không dễ dàng. Bởi sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nước kết tinh, tần số dao động của nhóm –COO-
không những chịu ảnh hưởng của sự tạo phức mà còn chịu ảnh hưởng của liên kết hiđro giữa nhóm – C=O với nhóm – NH2 của phân tử khác. Mặt khác tần số dao động bất đối
xứng của nhóm –COO-
và tần số dao động biến dạng của nhóm NH2 trong phức của aminoaxit cùng nằm trong vùng gần 1600 cm-1
càng làm khó khăn cho việc quy gán các tần số hấp thụ. Do đó việc gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi không thống nhất [16].