Infrarrojo
Equipo 2:
Iris
Yizuael
Oscar
Infrarrojo
• Comprendida entre el espectro visible y
las microondas.
• Calor o radiación termica
• Longitudes de onda entre 1 milímetro y
750 nanometros.
• Oscila con frecuencias entre 300 gigahertz
y 400 terahertz.
• Sir William Herschel – 1800
• 1881 Abney y Festing
Fundamento
• La porción infrarroja del espectro electromagnético se divide
en tres regiones; el infrarrojo cercano, medio y lejano, así
nombrados por su relación con el espectro visible.
• Los espectrómetros infrarrojos son una de las herramientas
más importantes para observar espectros vibracionales. Las
características más relevantes de esta espectroscopía son
las siguientes:
• 1. Si dos moléculas están constituidas por átomos distintos, o
tienen distinta distribución isotópica, o configuración, o se
encuentran en ambientes distintos, los espectros infrarrojos
serán distintos.
• 2. Una sustancia definida puede identificarse por su espectro
infrarrojo. Estos espectros pueden ser considerados como las
huellas digitales de dicha sustancia.
• 3. Los espectros muestran bandas que son típicas
de grupos funcionales particulares y que tienen
localizaciones e intensidades específicas dentro de
los espectros infrarrojos.
• 4. A partir de los espectros se pueden inferir las
estructuras moleculares. Para ello se requiere un
modelo en el cual basar los cálculos.
• 5. Las intensidades en las bandas del espectro de
una mezcla, son generalmente proporcionales a las
concentraciones de las componentes individuales.
Por lo tanto, es posible determinar la concentración
de una sustancia y realizar análisis de muestras
con varias componentes.
• 6. Es posible, mediante el uso de dispositivos
experimentales adecuados, obtener espectros
infrarrojos sin alteración de la muestra, lo que
constituye a esta espectroscopía como una
herramienta de análisis no destructiva.
• 7. El tiempo necesario para obtener y almacenar un
espectro infrarrojo es del orden de minutos.
IR lejano.
• El infrarrojo lejano (aproximadamente 40010 cm-1) se encuentra adyacente a la región de
microondas, posee una baja energía y puede
ser usado en espectroscopía rotacional.
IR medio.
• El infrarrojo medio (aproximadamente
4000-400 cm-1) puede ser usado para
estudiar las vibraciones fundamentales
y la estructura rotacional vibracional.
IR cercano.
• El infrarrojo cercano (14000-4000 cm-1)
puede excitar sobretonos o vibraciones
armónicas.
Como funciona el IR.
• Funciona porque los enlaces químicos tienen
frecuencias específicas a las cuales vibran
correspondientes a niveles de energía.
Fundamento
• Para el análisis cualitativo el espectro
infrarrojo se divide en dos partes:
• • La región de λ 4000 a 2500 cm -1 es
la región de grupo y la de 2500 a 200
cm -1; es la región de huella digital.
Condiciones para los espectros
vibracionales.
• Para que un modo vibracional en una molécula sea activa al
IR, debe estar asociada con cambios en el dipolo
permanente. En particular, en las aproximaciones de BornOppenheimer y armónicas.
• Cuando el Hamiltoniano molecular correspondiente al estado
electrónico puede ser aproximado por un oscilador armónico
en la vecindad de la geometría molecular de equilibrio, las
frecuencias resonantes son determinadas por los modos
normales correspondientes a la superficie de energía
potencial del estado electrónico de la molécula.
• Sin embargo, las frecuencias resonantes pueden estar en
una primera aproximación relacionadas con la fuerza del
enlace, y la masa de los átomos a cada lado del mismo. Así,
la frecuencia de las vibraciones pueden ser asociadas con un
tipo particular de enlace.
• Los movimientos vibracionales de una
molécula poliatómica pueden parecer
complejos e irregulares. Sin embargo
existen vibraciones básicas que llevan a la
molécula a oscilaciones periódicas en las
cuales todos sus núcleos se mueven en
fase, es decir, todos ellos pasan por su
posición de equilibrio (y también por su
posición de máximo desplazamiento) al
mismo
tiempo.
Estas
oscilaciones
periódicas son llamadas modos normales
de vibración. Cualquier vibración arbitraria
de la molécula puede ser descrita por una
superposición de los modos normales.
Degeneración
• Existen degeneraciones en el sistema
cuando se trabaja con una mezcla o un
reactivo contaminado, debido a que al
hacer el barrido de la muestra esta va a
estar alterada al observar los picos de
absorción con una longitud de onda muy
gruesa o con picos no bien definidos y
muy juntos, los cuales nos indicaran que
el sistema esta alterado.
Relación entre fuerza de enlace
y masa reducida
• k es la constante de fuerza del enlace y u
es la masa reducida del sistema.
• υ = (1/2π)·√k/mA (ec. 1)
• υ = (1/2π)·√k/u
(ec. 2)
Región de huellas digitales
• Los espectros de IR se componen de dos regiones; por encima de
1500 cm-1 se encuentran las bandas de absorción asignables a
grupos agrupamientos funcionales aislados, mientras que la región
por debajo de 1500 cm-1 contiene muchas bandas que caracterizan
a la molécula como tal. Esta zona del espectro se denomina Región
de la huella dactilar.
• La utilización de la zona de la huella dactilar en la determinación
estructural de una sustancia por comparación con una muestra
autentica es por lo general mas fiable que, por ejemplo, la
realización del punto de fusión mixto o una comparación por
cromatografia en capa fina.
• Las bandas que se encuentran en la región de la huella dactilar y
que corresponden a grupos funcionales, se pueden utilizar en la
asignación; sin embargo, estas asignaciones solo se pueden
considerar como una ayuda en el proceso de identificación, pero en
ningún caso como una prueba concluyente
Espectroscopia de reflectancia
interna
• Esta técnica se utiliza en muestras que
son difíciles de analizar por transmisión,
bien por la manipulación, bien por las
características del producto. Las muestras
son analizadas generalmente sin
modificación.
• Reflectancia interna, donde las medidas
se realizan utilizando un elemento ATR en
contacto con la muestra
ATR (Attenuated Total
Reflection)
• La espectroscopia de infrarrojo empleando la
técnica de ATR se utiliza para el análisis
superficial de los materiales. También sirve
para caracterizar materiales muy
concentrados o que absorben fuertemente
como para ser analizados mediante
espectroscopia de transmisión. Para estos
materiales no se requiere una preparación
previa de la muestra para el análisis por
ATR, se coloca directamente la muestra
pulverizada o en película.
• Para esta espectroscopía, la radiación
IR se pasa a través de un cristal que
tenga un alto índice de refracción,
permitiendo asi que la radiación se
refleje dentro del elemento de ATR
varias veces.
La muestra está en los contenedores de acero a ambos
lados del cristal de color rosa.
•
Aplicaciones
Aplicable a los mismos sistemas químicos o biológicos,
como el método de transmisión.
• Una de las ventajas de ATR-IR sobre la transmisión-IR, se
limita la longitud del camino en la muestra. Esto evita el
problema de la fuerte atenuación de la señal de IR en los
medios de comunicación altamente absorbentes, tales
como soluciones acuosas.
• Recientemente, el ATR-IR se ha aplicado a microfluidos
flujos de soluciones acuosas por microrreactores ingeniería
construida en las aberturas de cristal ATR, lo que permite
el flujo en microcanales para pasar a través de la superficie
del cristal para la caracterización.
• La capacidad de caracterizar las muestras de forma
pasiva, sin preparación de la muestra ha llevado también a
la utilización de ATR-FTIR en el estudio de rastros de
evidencia en la ciencia forense .
Tipos de vibraciones
• Tensión
• Flexión
Distancia promedio de enlace
M1
Linea de enlace
m2
Vibración de estiramiento
Linea de enlace
M1
m2
Vibración de deformación
http://youtu.be/fOTCJxWmdks
Ejemplos de vibración
Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicos
f = fuerte, m = medio, d = débil
Tipo de vibración
Frecuencia (cm1)
Intensida
d
Alcanos (tensión)
3000-2850
f
-CH3 (flexión)
1450 y 1375
m
-CH2- (flexión)
1465
m
Alquenos (tensión)
3100-3000
m
Alquenos (fuera del plano de flexión)
1000-650
f
Aromáticos (tensión)
3150-3050
f
Aromáticos (fuera del plano de flexión)
900-690
f
Alquino (tensión)
ca. 3300
f
Aminas y amidas primarias y secundarias (tensión)
3500-3100
m
Aminas y amidas primarias y secundaria (flexión)
1640-1550
m-f
C-H
N-H
Equipo
Blanco
Detector
Ampli
ficador
Divisor de as
O
CPU
Fuente de radiación
infrarroja: laser,
Globar o Nernst
Teclado
Muestra
Regilla o
Monocromador
Pantalla
Impresora
Fuentes
• Solidos inertes calientes a 1000 a
1800°C, una temperatura a la cual la
salida máxima radiane ocurre de 1.5 a 1.9
mm.
• Dilamento de Nerst
• Globar
• Cintas o espirales de niquel
• Laser
• Lentes, espejos
División del haz de luz
• Celdas
Dependen de la muestra
• Fotómetro
Combinación de haces
• Elemento dispersivo / Monocromador
Filtro, intervalo estrecho de onda,
radiación de interes.
Detectores
• Térmicos
 Termopar
 Bolómetro
 Piroeléctricos
• Selectivos
 Celda fotoconductora
Interferograma
• Interferómetro de Michelson
Transformada de Fourier
MUESTRAS SOLIDAS
MUESTRAS LIQUIDAS
Regiones de infrarrojo
Regiones de infrarrojo
bandas de absorción fuerte media y débil
tablas con grupos funcionales y numero de onda
Absorciones características de los grupos funcionales.
Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicos
f = fuerte, m = medio, d = débil
Tipo de vibración
C-H
Alcanos (tensión)
-CH3 (flexión)
-CH2- (flexión)
Alquenos (tensión)
Alquenos (fuera del plano de flexión)
Aromáticos (tensión)
Aromáticos (fuera del plano de flexión)
Alquino (tensión)
Aldehídos
C-C
C=C
CºC
C=C
C-C
O-H
N-H
Alquenos
Alqueno
Aromáticos
Alquino
Aldehído
Cetona
Ácidos carboxílicos
Éster
Amida
Anhídridos
Cloruro ácido
Alcoholes, éteres, ésteres ácidos carboxílicos,
anhídridos
Alcoholes, fenoles Libre
Alcoholes, enlace H
Ácidos carboxílicos
Aminas y amidas primarias y secundarias
(tensión)
Frecuencia Intensid
(cm-1)
ad
3000-2850
F
1450 y 1375
M
1465
M
3100-3000
M
1000-650
F
3150-3050
F
900-690
F
ca. 3300
F
2900-2800
D
2800-2700
D
No
interpretable
1680-1600
m-d
1600 y 1475
m-d
2250-2100
m-d
1740-1720
F
1725-1705
F
1725-1700
F
1750-1730
f
1670-1640
f
1810 y 1760
f
1800
f
1300-1000
f
3650-3600
3500-3200
3400-2400
m
m
m
3500-3100
m
El número de onda
APLICACIONES DEL I.R..-
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