ESPECTROCOPIA IR

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ESPECTROCOPIA IR
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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)

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IR 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

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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
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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)
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(No Transcript)
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Vibraciones 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 CC 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)
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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.
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Espectrofotómetros IR

• Se divide en
• - Dispersivos
• No dispersivos o Multiplex

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

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Preparación 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)

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Muestras 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
  Kg/cm2) para formar un plástico donde pasa el haz
  de luz IR.

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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.
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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
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
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Fuentes y Detectores IR

• Filamento de Nernst
• Óxidos de tierras raras
• 1700 ºC
• Lámpara de Globar
• Carburo de silicio
• 1100 ºC

• Detectores térmicos
• Alta sensibilidad
• respuesta 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

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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)

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• 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 As2O53H2O
• - Sulfato de hierro (III) pentahidratado
• Fe2(SO4)35H2O
• - Cloruro de manganeso tetrahidratado
  MnCl24H2O
• - Ácido fluorhídrico HF
• - La molécula orgánica 1,3 diaminopropano
• C3N2H12

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• 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.

AsO4
1,3 diaminopropano C3N2H12
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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
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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

• 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
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Interpretación de Espectros IR

• Conociendo la fórmula Global, el paso siguiente
  es 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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