Métodos de Análisis Instrumental
Auxiliar Andrea Cifuentes
2014
Espectroscopia Infrarroja
IR
800-1.000.000 nm
A mayor longitud de onda menor
energía
La figura 1: Espectro Electromagnético.
Espectroscopia Infrarroja
800nm
2.500nm
IR CERCANO
50.000nm
IR MEDIO
1.000.000nm
IR LEJANO
Fundamento
 Se fundamenta en la absorción de radiación IR por moléculas
en vibración.

Para que una molécula absorba radiación IR, debe presentar
cambios en el momento dipolar de sus enlaces. (*IRtutor)
Espectroscopia Infrarroja
INSTRUMENTACIÓN
FUENTE
SELECTOR
CELDA
DETECTOR
REGISTRADOR
Espectroscopia Infrarroja
1. La Lámpara de Nerst: es un cilindro delgado fabricado
con óxidos de tierras raras, de unos 20mm de longitud
por 1 a 2mm de diámetro. Se hace pasar corriente
eléctrica por el cilindro , para calentarlo.
FUENTE
Tienen un sólido inerte que se
calienta eléctricamente hasta
una T>1500·C.
2. La Fuente Globar: El Globar es una barra de carburo de
silicio con calentamiento eléctrico, Esta fuente suele
producir una radiación IR más intensa que la lámpara
de Nerst.
3. Fuente de IR con Arco de Mercurio: se usan en
aplicaciones en el infrarrojo lejano.
4. Lámpara de filamento de Tungsteno: las lámpara
convencionales se pueden usar como fuentes para la
región de IR cercano
N (Número de Onda) 1/λ
Espectroscopia Infrarroja
SELECTOR
CELDA
MONOCROMADOR
DEPENDE DEL TIPO DE MUESTRA
Espectroscopia Infrarroja
1. Detectores Térmicos: funcionan midiendo los efectos de
calentamiento de la radiación IR sobre un componente diseñado
para actuar como un cuerpo negro.
DETECTOR
2. Detectores Piroeléctricos: están formados por una capa de material
piroeléctrico (sulfato de triglicina deuterada) emparedada entre
dos electrodos (uno de ellos hecho de un material transparente a
la radiación IR), que forman un capacitor. La radiación IR que pasa
por la ventana causa un calentamiento del material, que a su vez
cambia la polarización del material y la capacitancia del detector.
3. Detectores Fotoconductores: consiste en una capa semiconductora
delgada, de un material como telururo de cadmio, que recubre una
superficie no conductora de vidrio encerrada en una envolvente de
vidrio al vacío.
REGISTRADOR
Vibraciones Moleculares
 Cuando el enlace se alarga o se comprime, y a
continuación se deja en libertad, los átomos vibran.
 Dependen de las masas de los átomos.
 La frecuencia de una vibración disminuye al aumentar la masa
atómica (los átomos pesados vibran lentamente)
 La frecuencia también aumenta con la energía de enlace, por lo
que un doble enlace C=C tendrá una frecuencia más elevada que
un enlace sencillo C-C.
MODOS NORMALES DE VIBRACION
3N-5 (para moléculas lineales)
3N-6 (para moléculas NO lineales)
 Una molécula no lineal con n átomos tiene 3n - 6 modos de
vibración fundamental. El agua tiene 3(3) - 6 = 3 modos. Dos
modos son de tensión y uno de flexión. (*IRtutor)
MODOS DE VIBRRACION
Vibraciones de tensión:
Cambios en la distancia del
enlace entre dos átomos.
Vibraciones de flexión:
Cambios en el ángulo formado
entre dos enlaces.
Espectroscopia Infrarroja
Tratamiento de las Muestras
1. Muestras Líquidas
Se pueden disponer entre dos placas de una sal de alta
pureza (KCl, KBr, CaF2).
Las placas son transparentes a la luz IR
Espectroscopia Infrarroja
Tratamiento de las Muestras:
Solubles en un solvente
Suspensión con
Aceite de Nujol
Insoluble en un solvente
Suspensión
con KBr
2. Muestras Sólidas
3. Muestras Gaseosas
Trampa de Gases
Celdas para muestras de
5-10 cm de largo
Aplicaciones
•
Determinaciones cualitativas de compuestos orgánicos y para deducir
estructuras moleculares a partir de sus grupos funcionales tanto de compuestos
orgánicos como inorgánicos.
•
Identificación de sustancias puras o para la absorción, localización e
identificación de impurezas.
•
Para localizar una impureza en una sustancia se hace una comparación en el
espectro de las sustancia que se estudia y una muestra de la sustancia pura. Las
impurezas causan bandas de absorción adicionales que aparecen en el espectro.
•
Análisis cuantitativo, el principal campo de aplicación de este tipo de análisis se
halla en la cuantificación de contaminantes atmosféricos que provienen de
procesos industriales.
•
•
•
•
•
Análisis de productos farmacéuticos y de síntesis.
Ciencia Forense (identificación)
Biomedicina (análisis de tejidos)
Conservación artística (análisis de pigmentos)
Industria del reciclaje (identificación de materiales poliméricos)
Bandas para Alcanos
 C-H es una banda ancha entre 2800 y 3000 cm-1
 La ausencia de bandas indica la presencia en ningún otro grupo funcional.
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Bandas para Alquenos
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Bandas para Alquinos
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Bandas para Alcoholes
 O-H absorbe alrededor de 3300 cm-1 y normalmente tiene una banda
ancha y fuerte.
Bandas para Aromáticos
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Cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos
Las vibraciones de tensión C=O de las cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos sencillos se
producen a frecuencias de aproximadamente 1710 cm-1. Estas frecuencias son más altas
que las de los dobles enlaces C=C, debido a que el doble enlace C=O es más fuerte y más
rígido.
La tensión C=O es fuerte e inconfundible. Dependiendo de qué más esté unido al
carbonilo, existen otras bandas que se pueden buscar para diferenciar entre aldehídos,
cetonas y ácidos.
Bandas para compuestos con grupo
carbonilo
Aldehidos
Cetonas
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Ácidos Carboxílicos
25
Ésteres
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Aminas
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 Amina secundaria: tendrá un
pico agudo
 Amina primaria: tendrá dos
picos agudos.
 Las aminas terciarias no
mostrarán picos agudos
porque no hay un enlace NH.
IR de los nitrilos
Las absorciones de tensión del triple enlace nitrilo se producen a frecuencias ligeramente
más altas que las de los triples enlaces de los alquinos.
Un triple enlace carbono-nitrógeno: tiene una absorción intensa y aguda centrada
alrededor de 2200 a 2300 cm-1.
Resumen de las frecuencias de tensión en el IR.
El espectro IR tiene distintas regiones. La parte izquierda del espectro muestra las tensiones
C-H, O-H y N-H. Los enlaces triples absorben alrededor de 2200 cm-1 seguidos por los
enlaces dobles hacia la derecha a alrededor de 1700 cm-1. La región por debajo de 1400 cm1 se denomina región de huella dactilar.
Espectroscopia Infrarroja
En los espectros IR se pueden
distinguir dos zonas, una de
3600 a 1200 cm-1, conocida
como región de Frecuencias de
Grupo y otra entre 1200 a 600
cm-1, la región de la Huella
Dactilar.
En general primero se analiza
la región de frecuencias de
grupo, para identificar a los
grupos de la molécula y luego
se afina el procedimiento
analizando la región de la
“huella digital” que es particular
de cada molécula.
Región de frecuencias de grupo
Región de la huella dactilar
Espectroscopia Infrarroja
Hay algunos grupos
que
absorben en la
región de la “huella
digital”, como el C-O-C
(1200 cm-1) ó C-Cl (700 a
800 cm-).
Espectroscopia Infrarroja
La “huella dactilar”: Esta región muestra las pequeñas diferencias en
estructura que puede tener una molécula (se muestran las particularidades de las
moléculas). Como consecuencia, la estrecha correspondencia entre dos espectros
de esta región, indica la identidad del compuesto.
La mayoría de los enlaces simples originan bandas de absorción a estas
frecuencias y como sus energías son aproximadamente iguales, se produce una
fuerte interacción entre enlaces vecinos. Las bandas resultantes son el resultado
de estas interacciones y dependen de la estructura básica general de la molécula.
Debido a la complejidad, es difícil interpretar de forma exacta estos espectros,
pero a su vez, esta complejidad conduce a la singularidad y por ende a la utilidad
de esta región en la identificación de compuestos.
Interpretación
deelEspectros
 Conociendo la fórmula Global,
paso siguiente es IR
determinar el Número de Insaturaciones.
 Si la fórmula global contiene heteroátomos hay que
eliminarlos para llegar a la formula del hidrocarburo con
igual número de insaturaciones
a) Halógenos univalentes se remplazan por Hidrógeno.
b) Divalentes como el O y el S etc. se eliminan.
c) Trivalentes como N y P se eliminan pero junto con un
Hidrógeno.
 Asignar las bandas observadas en el espectro
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ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO