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 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

Entre 4000 y 1400 cm-1 = zona de grupos funcionales 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 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 VIBRACION 3N-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 IR Se divide en: - Dispersivos No dispersivos o Multiplex El espectrofotómetro infrarrojo mide la frecuencia de la luz IR absorbida por un compuesto puro.

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.

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)

Muestras sólidas Se pulverizan en un mortero de mármol o ágata. 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.

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.

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

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

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. AsO4 1,3 diaminopropano: C3N2H12

Espectro IR del compuesto sintetizado Número Frecuencia (cm-1) Enlace Tipo de vibración 1 3450 O-H Tensión 2 3170 N-H 3 2950 C-H 4 1610 Flexión 5 1535 6 1420, 1295, 1200 7 1085 C-N 8 820 As-O Tensión (simétrica) 9 760 Tensión (antisimétrica) 10 470

Intervalo de frecuencia (cm-1) Enlace Tipo de vibración 3600-3200 O-H Tensión 3500-3200 N-H 3000-2800 C-H 1600-1700 Flexión 1640-1550 1400-1200 1350-1000 C-N 900-800 As-O Tensión (simétrica) 700-750 Tensión (antisimétrica) 500-400 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

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

Espectros IR

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