ESPECTROCOPIA IR

Introducción a la espectroscopía vibracional Espectro electromagnético Frecuencia (Hz) Longitud de onda Tipo de radiación Tipos de transición 1020 - 1024 10-12 - 10-16 m Rayos gamma Nuclear 1017 - 1020 1 nm - 1 pm Rayos X Electrones internos 1015 - 1017 400 - 1 nm Ultravioleta Electrones externos 4.3x1014 - 7.5x1014 700 - 400 nm Visible 1012-1014 2.5 µm - 700 nm Infrarrojo Vibraciones 108 - 1012 1 mm - 2.5 µm Microondas Rotaciones 100 - 108 108 - 1 m Radiofrecuencia Inversión de spin

Estados vibracionales y energía x = x0 Dx Frecuencia de la vibración k = constante de fuerza del enlace F = -kx (Ley de Hook) F = m·a = m·(d2x/dt2) (segunda Ley de Newton) µ = masa reducida, para un sistema diatómico

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)

Espectroscopia IR Se fundamenta en la absorción de radiación IR por moléculas en vibración. Regla de Selección: Para que una molécula absorba radiación IR, la vibración producida debe involucrar cambios en el momento dipolar de la misma. 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)

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.

Modos Normales de Vibración del agua y moléculas de grupo puntual C2v

Modos Normales de Vibración de moléculas o iones tetraédricos (SO4) 2- y (CrO4)2- P.A. S = 32; P.A. Cr = 52

Espectrofotómetros IR Pueden ser: - Dispersivos No dispersivos o Multiplex El espectrofotómetro infrarrojo mide la frecuencia de la luz IR absorbida por un compuesto puro.

Equipos Interferométricos FTIR adquiere simultáneamente todas 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

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.

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)