ESPECTROCOPIA IR

Espectroscopia IR

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.

Según el tipo de radiación:Infrarrojo cercano (NIR / 14000 - 4000 cm-1) Infrarrojo medio (MIR / 4000 - 400 cm-1)Infrarrojo lejano (FIR / 400 - 10 cm-1)

IR MedioIR Medio Energías de transición

Masa de los átomos

Separación de cargas entre los átomos

Fuerza del enlace Frecuencias características de grupo Absorción de energía en función de la longitud de onda

Frecuencias de Grupo

Entre 4000 y 1400 cm-1 = zona de grupos funcionales

Entre1400 y 400 cm-1 = zona de la huella dactilar (flexión de enlaces CH, CO, CN, CC, etc..). Aquí se presentan diferencias en las estructuras y constitución de las moléculas

Un alcano presenta frecuencias de tensión y flexión solamente para C-H y C-C. La tensión C-H es una banda ancha entre 2800 y 3000 cm-1 (banda presente en todos los compuestos orgánicos)

Vibraciones MolecularesVibraciones Moleculares 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 VIBRACION3N-5 (para moléculas lineales)

3N-6 (para moléculas NO lineales)

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.

Espectrofotómetros IREspectrofotómetros IR

El espectrofotómetro infrarrojo mide la frecuencia de la luz IR absorbida por un compuesto puro.

Se divide en: - Dispersivos -No dispersivos oo MultiplexMultiplex

EspectrómetroEspectrómetro dispersivo IR dispersivo IR Utilizan un prisma o rejilla

y son parecidos a los espectrómetros UV-VIS, pero con diferente fuente y detector

Instrumento de doble haz con registrador que utiliza redes de reflexión para dispersar la radiación.

Los monocromadores de rejilla plana por reflectancia son los más utilizados.

Preparación de MuestrasPreparación de Muestras

Muestras gaseosas: Requieren poca preparación más allá de su purificación.

Usan celdas para muestras de 5-10 cm de largo (los gases presentan absorbancias débiles)

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 Algunas placas de sal son altamente solubles

en agua (utilizar muestras anhidras)

Muestras sólidasMuestras sólidas

Preparación

Se pulverizan en un mortero de mármol o ágata. Se les adiciona una fina película de agente

aglomerante (nujol) entre las placas de la sal y se realiza la medición.

La muestra (5 mg) se pulveriza con KBr (100 mg) El polvo se comprime en una prensa (P = 5000 5000

Kg/cmKg/cm22) para formar un plástico donde pasa el haz de luz IR.

Equipos Interferométricos

Los espectrofotómetros infrarrojos más modernos son del tipo FTIR (infrarrojo por transformada de Fourier). El componente esencial es un interferómetro de Michelson que está formado por un divisor de haz y dos espejos, uno fijo y otro móvil.

Su alta resolución permite:

- La separación de bandas de absorción cercanas.

- Mediciones exactas de la posición e intensidad de las bandas.-Altas velocidades de barrido.-El interferograma da información espectral en dominio de tiempos

Equipos Interferométricos

FTIR adquiere simultáneamente todos las frecuencias del espectro, lo que permite acumular un gran número de espectros en poco tiempo, con la consiguiente mejora en la relación señal/ruido

Fuentes y Detectores IRFuentes y Detectores IR Filamento de Nernst

• Óxidos de tierras raras

• 1700 ºC Lámpara de Globar

• Carburo de silicio

• 1100 ºC

Detectores térmicos: Alta sensibilidadrespuesta similar en todo el rango espectral, Ej.• Bolómetros• Termopilas• Celdas de Golay

Detectores cuánticos: Elevada velocidad de respuesta, respuesta variable en función de la longitud de onda

• DTGS• MCT

Usos y Aplicaciones

Caracterización e identificación de materiales: Polímeros y plásticos Sólidos inorgánicos (minerales, catalizadores)

Análisis de productos farmacéuticos y de síntesis. Análisis de contaminantes Ciencia Forense (identificación)

Biomedicina (análisis de tejidos)

Conservación artística (análisis de pigmentos)

Industria del reciclaje (identificación de materiales poliméricos)

Agricultura y alimentación (IR cercano) Seguimiento de procesos químicos (polimerizaciones, reacciones

catalíticas)

Asignación de las bandas observadas de un espectro IR a las vibraciones moleculares

Consideremos que se ha sintetizado en el laboratorio un compuesto inorgánico-orgánico a partir de los siguientes componentes:

- Anhídrido arsénico trihidratado: As2O5·3H2O

- Sulfato de hierro (III) pentahidratado:

Fe2(SO4)3·5H2O

- Cloruro de manganeso tetrahidratado: MnCl2·4H2O

- Ácido fluorhídrico: HF

- La molécula orgánica 1,3 diaminopropano:

C3N2H12

Lo que se pretende es obtener un arseniato de hierro y manganeso que contenga la molécula orgánica.

Para comprobar que el compuesto obtenido es el que buscamos, realizamos un espectro IR.

Se deben observar las bandas de absorción de los enlaces As-O correspondientes al grupo arseniato (AsO4) y las de los enlaces N-H, C-H y C-N de la molécula orgánica.

1,3 diaminopropano: C3N2H12

AsO4

Espectro IR del compuesto sintetizado

Número Frecuencia (cm-1) Enlace Tipo de vibración

1 3450 O-H Tensión

2 3170 N-H Tensión

3 2950 C-H Tensión

4 1610 O-H Flexión

5 1535 N-H Flexión

6 1420, 1295, 1200 C-H Flexión

7 1085 C-N Flexión

8 820 As-O Tensión (simétrica)

9 760 As-O Tensión (antisimétrica)

10 470 As-O Flexión

Comparando la posición

de las bandas observadas en el espectro IR con la tabla de bandas esperadas, se puede realizar la asignación y comprobar los grupos funcionales presentes en

el compuesto

Mediante la utilización de esta técnica podemos confirmar que el producto de la síntesis es el esperado:

Un arseniato que contiene 1,3 diaminopropano

Intervalo de frecuencia (cm-1)

Enlace Tipo de vibración

3600-3200 O-H Tensión

3500-3200 N-H Tensión

3000-2800 C-H Tensión

1600-1700 O-H Flexión

1640-1550 N-H Flexión

1400-1200 C-H Flexión

1350-1000 C-N Flexión

900-800 As-O Tensión (simétrica)

700-750 As-O Tensión (antisimétrica)

500-400 As-O Flexión

Interpretación de Espectros IRInterpretación de Espectros IR Conociendo la fórmula Global, el paso siguiente es determinar Conociendo la fórmula Global, el paso siguiente es determinar

el  el  Número de Insaturaciones.Número de Insaturaciones.

Si la fórmula global contiene heteroátomos hay que Si la fórmula global contiene heteroátomos hay que eliminarlos para llegar a la formula del hidrocarburo con igual eliminarlos para llegar a la formula del hidrocarburo con igual número de insaturacionesnúmero de insaturaciones

a) Halógenos univalentes se remplazan por Hidrógeno.a) Halógenos univalentes se remplazan por Hidrógeno.

b) Divalentes como el O y el S etc. se eliminan.b) Divalentes como el O y el S etc. se eliminan.

c) Trivalentes como N y P se eliminan pero junto con un c) Trivalentes como N y P se eliminan pero junto con un Hidrógeno.Hidrógeno.

Asignar las bandas observadas en el espectrAsignar las bandas observadas en el espectroo

Espectros IR

Espectros IR

Espectros IR