Karen Elizabeth Sánchez Betancourt.Zeenhya Román Castro.Julio Eder Jaramillo Damián.

Espectroscopia InfrarrojaIR

Introducción

El primer espectro de vibraciones moleculares fue observado en 1881 por Abney y Festing, quienes prepararon emulsiones fotográficas sensibles al infrarrojo cercano y fotografiaron el espectro de absorción de 48 líquidos orgánicos.

Los espectrómetros infrarrojos son una de las herramientas más importantes para observar espectros vibracionales.

La región infrarroja del espectro electromagnético se extiende entre la zona del visible y la de las microondas

Regiones

Características

Los enlaces de las moléculas no son rígidos.

Movimiento pendular Re-(resorte) Los enlaces pueden estirarse o doblarse Radiación Infrarroja → (100)300 – 4000

(10000)cm-1

Estado vibracional bajo → alto Moléculas diatómicas → estiramiento Una sola banda de absorción infrarroja.

Debida a la

posibilidad de

transiciones entre

estados de energía

vibracionales y

rotacionales de las

moléculas.

Una molécula

puede absorber la energía de fotones

en el rango

energético de IR si :

a) Se produce

un cambio en el

momento dipolar de

la molécula

durante un movimient

o vibracional rotacional

y,

b) La frecuencia asociada

con el fotón

coincide con la

frecuencia natural del movimient

o vibracional

.

Este movimiento de alargamiento y compresión alternantes (tensión) se parece al de dos esferas sujetas por un muelle.

Esta tensión puede ser simétrica o asimétrica

Estiramiento simétriconsimc

Estiramiento asimétriconasim

Doblamientod

EL MODELO SHO (OSCILADOR ARMONICO SIMPLE I)

El enlace sería el resorte y los dos átomos o grupos de átomos conectados por el enlace, serían las masas.

Ley de Hooke

Para sistemas simples, pueden considerarse a los átomos de una molécula, como masas puntuales, unidos por un “resorte” que tiene una constante de fuerza

v

Como actúa en moléculas para obtener el espectro

Los fotones que transporta la radiación infrarroja no tienen energía suficiente para provocar transiciones electrónicas pero si pueden conseguir vibraciones de los enlaces covalentes de las moléculas orgánicas. La energía necesaria para provocar una transición vibracional depende del tipo de átomos y del tipo de enlace que los mantiene unidos.

A medida que los átomos se acercan unos a otros las fuerzas de repulsión aumentan y conforme se separan las interacciones de atracción disminuyen. Este movimiento de alargamiento y compresión alternantes (tensión) se parece al de dos esferas sujetas por un muelle.

Tensión asimétri

ca

Este modo de vibración tiene

lugar cuando los dos enlaces C-H

del metileno central del propano se

contraen o se alargan

simultáneamente.

Tensión simétrica

Esta forma de vibración ocurre cuando uno de los dos enlaces

C-H del metileno central del propano se

contrae mientras que el otro se alarga,

Cuando dos átomos de masa atómica diferente están unidos por un enlace, el átomo ligero se aleja más que el de mayor masa. La absorción de energía infrarroja da por resultado un aumento en la frecuencia de vibración.

ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO.

Infrarrojo cm-1

Lejano 10 a 650

Medio (IR) 650 a 4000

Próximo 4000 a 12500

ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO

ANALISIS CUALITATIVO.

UNIDADES USADAS EN EL ESPECTRO IR # DE ONDA.

TIPOS DE VIBRACION MOLECULARES (I)

HUELLA DACTILAR DE UNA MOLECULA.

Regiones de IR

INSTRUMENTACIÓN EN INFRARROJO

Un espectrofotómetro de IR se compone de :

• Una fuente de radiación

• Área de la muestra

• Monocromador

• Un detector • Un registrador (el cual grafica el espectro de IR).

Fuentes comunes:1. Lámpara de Nernst. La fuente de Nernst son barras

construidas de óxidos de circonio y de itrio (lantánidos) a temperaturas elevadas hasta de 1000-1800 ºC , que dan una radiación de entre 0,4 – 20 nm

2. Globar - Es una esfera de carburo de silicio a temperatura de 1500 ºC para dar radiación de una longitud de onda de 1 – 40 nm.

3. Alambre Incandescente - El alambre se calienta eléctricamente. Vida larga pero intensidad baja.

monocromador• La rejilla o monocromador es un espejo reticulado

que equivale a un prisma capaz de descomponer el espectro de la radiación en sus diferentes longitudes de onda.

• Este dispositivo junto a otros dispositivos conocidos como slits (ventanas de abertura variable) permiten seleccionar y examinar la energía radiante de diferentes longitudes de onda que ha pasado por la muestra.

DETECTOR• Mide la energía radiante residual que emerge de

la muestra y la compara con aquella que proviene de la celda llamada blanco (que no contiene sustancia problema).

• Construido de wafers cristalinos de sulfato de triglicina (TGS) que tiene una temperatura que depende fuertemente de la polarización.

PIROELÉCTRICO

• Construido de un bimetal, que tiene una temperatura que depende del potencial.

TÉRMICO

• Construido de un material (sulfuro de plomo, teluro de mercurio/cadmio o antimonuro de indio) depositado sobre una superficio de vidrio y sellado en encerrado para proteger el material semiconductor del ambiente.

FOTOCONDUCTOR

GRAFICADOR

• El graficador o impresora traduce a un gráfico las diferencias encontradas por el detector, colocando en la abcisa el rango de longitudes de onda barrido por el instrumento y en la ordenada la intensidad de la absorción del as emergente de la muestra problema.

Equipos actuales

Equipos acoplados

MANEJO DE LA MUESTRA• Depende del estado físico de la muestra.• - Sólidos: Existen varias técnicas, entre las que se

pueden mencionar:a)Técnica de Amasadob)Técnica de Pastillajec) De capa finad)Técnica de Polvos

- Líquidos: Existen varias técnicas, entre las que se pueden mencionar:

a) De capa finab) Se extiende un film sobre un disco de cloruro de sodio

pulido o bromuro de potasio c) - Gases

Sólidos

• TÉCNICA DE AMASADO: Se coloca el compuesto sólido en un aceite llamado nujoll para crear una suspensión. La suspensión se coloca entre los discos de KBr o NaCl y se coloca en el espectrofotómetro. El cloruro de sodio se utiliza porque no absorbe fuertemente en la región del infrarrojo mientras que el vidrio si lo hace También se puede disolver el compuesto en un disolvente como CCl4.

Con un mor tero t r i tu rar una pequeña cant idad de muest ra muy f inamente

Agregar gota a gota de nujol hasta formar una suspensión.

SOLIDOS• TÉCNICA DE CAPA FINA

Se obtiene una disolución del sólido.

El sólido debe ser soluble en el solvente.

Se coloca una gota sobre una celda.

Se permite evaporar el solvente.

CHCl3, CH2Cl2 y CCl4

• El sólido debería transmitir suficiente luz.

• TÉCNICA DE PASTILLAJE • El tercer método es triturar una cantidad de la

mezcla con una sal especialmente purificada (usualmente bromuro de potasio) finamente para remover efectos dispersores de los cristales grandes. Esta mezcla en polvo se comprime a presión elevada en una prensa de troquel mecánica para formar una pastilla translúcida a través del cual puede pasar el rayo del espectrofotómetro.

Líquidos

• Capa fina

Una gota de la muestra se coloca cuidadosamente entre dos celdas de NaCl o KBr.

La capa debe ser delgada y uniforme.No se puede usar para muestras volátiles, tóxicas, con

mal olor o acuosas.

GASES

• Debido a la absorción relativamente baja de los gases se usan celdas de alrededor de 5-10 cm.

Celdas de KBr o NaCl.

No requiere más preparación

Cómo trabaja un espectrofómetro de FTIR

Pathlength difference = x

)cos(2 21

2

2

2

1

2EEEEEI

The intensity detected of two plane waves:

Normal incidence, q = kx, can simplify to: )cos(12)( kxxI

For non-monochromatic light:

dkekGI

dkee

kGdkkG

dkkGkxxI

ikx

ikxikx

)(2

1)0(

2

1

2)()(

)()cos(1)(

00

0

Antes, sólo era posible obtener buena información irradiando la molécula con una sola frecuencia de luz IR por vez. Esto llevaba mucho tiempo porque existe una gran cantidad de frecuencias y debían realizarse muchos barridos para obtener un buen espectro. Pero ahora, gracias al sorprendente Algoritmo de la Transformada de Fourier, puede irradiarse una molécula con cada frecuencia de luz IR a la vez ¡y obtener un espectro perfecto en sólo cuestión de minutos!

ALGORITMO DE LA TRANSFORMADA DE FOURIER.

Espectrofotómetro Infrarrojo porTransformada de FourierFTIR-8400/8900

CompartimientoDe la muestra

Fuente de IR Detector

• Análisis rápido de detección de sustancias en medicina forense.

• Análisis tridimensional de compuestos.• Cuantitativo.• Acoples con otras técnicas. (IR-GC, HPLC-IR, IR-M)

Aplicaciones