Espectroscopía Infrarroja

ÍNDICEObjetivos

1.Introducción:→ Introducción a la Espectroscopía→ Tipos de Espectroscopía

2.Espectroscopía Vibracional:→ Interacciones Luz‐Materia→ Fundamentos de la Vibración. Tipos

Índice

ÍNDICE3.Instrumentación:→ Tipos de Instrumentos de IR. Partes del Instrumental→ Muestra

4. Aplicaciones:→ Obtención de un Espectro IR. Significado→ Tratamiento de Espectros   

5.Resumen

6.Bibliobrafía

Índice

OBJETIVOS

¿Qué es Espectroscopía?

¿Qué medimos en Espectroscopía IR?

¿Cómo funciona un espectroscopio de IR?

¿Qué tipo de información se puede obtener de un espectro IR?

¿Cuáles son las principales aplicaciones de la técnica?

Objetivos

¿Qué es Espectroscopía?

Introducción

Métodos Espectroscópicos o Espectrométricos:

Métodos analíticos que tratan de obtener información de las distintas interacciones de la radiación electromagnética con la muestra.

Muestra

Rad e.l.m. Información sobre la muestra

Naturaleza de la Luz

Introducción

Longitud de onda ( wavelength; m, nm, μm)

Número de Onda ( wavenumber; m-1, cm-1)

- La luz visible, infrarroja, ultravioleta, microondas y las ondas de radio son ejemplos de radiación electromagnética, todas viajan a velocidad c (3.108 m/s). - La frecuencia de una onda es el nº de ciclos ondulatorios que pasan por un punto fijo en un segundo. - La longitud de onda es la distancia entre dos picos (o valles) de la onda.

El Espectro Electromagnético

Introducción

Introducción

Nuclear

Electrones Internos

Electrones de Enlace

Rotación/Vibración de las moléculas

ESPECTROSCOPÍA VIBRACIONAL

Espin de los núcleos en un campo magnético

Tipos de Espectroscopía

Espectroscopía Vibracional

2. ESPECTROSCOPÍA VIBRACIONAL( Región IR medio)

Fundamento de la Vibración

Modelo Mecánico de las Vibraciones Moleculares

Tipos de Vibraciones Moleculares

Modelo Mecánico de Vibración

Los átomos no se encuentran estáticos dentro de una molécula sino que están en movimiento constante unos respecto a otros, vibrando en torno a los enlaces que los unen a frecuencias constantes (posición de equilibrio).

Este movimiento de alargamiento y compresión alternantes (tensión) puede MODELIZARSE de igual manera que dos esferas sujetas por un muelle.

Espectroscopía Vibracional

Fundamento de la Vibración

νRad = ν Vib moléc → Existe una transferencia neta de energía que origina un cambio en la amplitud de vibración molecular → Tiene lugar una Absorción de Radiación.

Espectro IR del Ciclohexano

Espectroscopía Vibracional

Vibraciones MolecularesTensión simétrica (“stretch sym”) : Este modo de vibración tiene lugar cuando los dos enlaces C-H del metileno central del propano se contraen o se alargan simultáneamente.

Tensión asimétrica (“stretch asym”) : Esta forma de vibración ocurre cuando uno de los dos enlaces C-H del metileno central del propano se contrae mientras que el otro se alarga.

Espectroscopía Vibracional

Vibraciones MolecularesFlexión simétrica en el plano (“scissors”) : El ángulo de enlace aumenta y disminuye porque los dos átomos de los extremos se acercan o se alejan entre ellos. Este acercamiento-alejamiento se da en el mismo plano formado por los tres átomos.

Flexión asimétrica en el plano (“rock”): El ángulo de enlace aumenta y disminuye porque el átomo central se acerca a uno de los dos extremos y por tanto se aleja del otro, manteniéndose siempre los tres átomos en el mismo plano.

Espectroscopía Vibracional

Vibraciones MolecularesFlexión simétrica fuera del plano (“twist”): El ángulo de enlace aumenta y disminuye porque los dos átomos de los extremos se acercan o se alejan entre ellos. Este acercamiento-alejamiento se da fuera del plano formado por los tres átomos.

Flexión asimétrica fuera del plano (“wag”): El ángulo de enlace aumenta y disminuye porque el átomo central se acerca a uno de los dos extremos y por tanto se aleja del otro. Este movimiento del átomo central se da fuera del plano formado por los tres átomos implicados.

Espectroscopía Vibracional

Instrumentación

3. INSTRUMENTACIÓN

Tipos de Instrumentos de IR. Clasificaciones

¿ Cómo es la muestra?

A Fuente IR

Apertura

Filtro (IVU)

C

Beamsplitter

Ventana entrada

Porta-muestra

EspejoDetector Ventana salida

D

F

B

E

A: Compartimento Fuente / Electrónico. B: Compartimento del Interferómetro. C: Puerto de Salida. D: Compartimento de Muestra. E: Compartimento del Detector. F: Suministro de potencia.

Según el Tipo de Instrumento:Instrumentos de Transformada de Fourier (interferométricos)

FTIR

Instrumentación

Radiación Transmitida ‐ Absorbida1. Radiación Transmitida

Transmitida Incidente

Instrumentación

De la FUENTE

Al DETECTOR

Bruker Tensor27

Radiación Reflejada ‐ Absorbida3. Radiación Reflejada

Instrumentación

Reflectancia Total Atenuada (única reflexión)

n1

n2 Muestra

Cristal

Rayo Incidente Rayo Reflejado

n2<<n1

θ

Ea

dp

(1/e)E0

( )2

1

221 sin2 ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛−

=

nnn

d p

θπ

λ↑dp→↓θ , ↓n1 , ↑λ

INTERNA

¿Cómo es la Muestra?

Instrumentación

1. Espectroscopía de Absorción

Gases

Cubetas cilíndricas al vacío con ventanas transparentes

Líquidos

Disoluciones en Cubeta (disolvente transparente)

Gota (entre dos láminas de sal gema)

Sólidos

Pastilla de KBr

Suspensiones en aceite mineral, etc

Película delgada entre placas de sal

¿Cómo es la Muestra?

Instrumentación

2. Espectroscopía de Reflexión → Muestras dificiles de manipular

Líquidos

Sólidos

Ventajas•Técnica de manejo sencillo y no destructiva•No es necesario preparación de muestra•Estudios Superficiales (materiales en capas)

Ventaja y Limitación

Limitaciones•Necesario que el contacto de alta presión sea reproducible•Corrección ATR (intensidades relativas)

Sólidos durosSólidos altamente absorbentes Muestras opacas, difíciles de tratar Muestras muy pequeñasSustancias granuladas o en polvoMuestras sensibles al aireFibrasRevestimientosLíquidos corrosivos..etc.

4. APLICACIONES

• Obtención de un Espectro IR

• Significado de un Espectro IR. Zonas del Espectro→ Zonas del Espectro→ Vibraciones de grupos químicos

Aplicaciones

Obtención de un Espectro IR

Preparación de la muestra (si es necesaria)

Elección de las condiciones de Muestreo

Resolución (0.1, 2, 4 cm-1)

Número de Scans (8, 16, 32, 64,..)

Apertura fuente, velocidad de scans, rango espectral, etc.

Realización del Background

Realización del Espectro

Manipulación

Evaluación

Aplicaciones

Significado de un Espectro IR

Espectro IR del Etanol

Aplicaciones

Significado: Zonas del Espectro

4500 2500 2000 1800 65015001650Nº de onda cm-1

λ en μm

2,5 4 5 5,5 6,1 6,6 15

O-H

N-H

C-H

C ≡ C

C ≡ N

X=C=Y(C,O,N,S)

C=C=C

Comb

C=O C=N

C=C

C-Cl

C-O

C-N

C-C

Aplicaciones

Evaluación: BúsquedaIdentificación del Compuesto Problema

A. Biblioteca de Espectros

Aplicaciones

Evaluación: BúsquedaIdentificación del Compuesto Problema

B. Tablas de Vibraciones Moleculares (Libros de Consulta). Ej: C7H8 Tolueno

Aplicaciones

Bibliografía

6. BIBLIOGRAFÍAFundamentos de Espectroscopía Infrarroja: Teoría de la Espectrometría,

Instrumentos y Principales Aplicaciones.

“ANÁLISIS INSTRUMENTAL” K.A. Rubinson y J.F. Rubinson. Pearson Educación S.A. Madrid 2001.

“PRINCIPIOS DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL” D.A. Skoog, F.J. Holler y T.A. Nieman. McGraw‐Hill Madrid 2001.

“ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA” R.T. Contley. Ed. Alhambra Madrid 1979

“THE VIBRATIONAL SPECTROSCOPY OF POLYMERS” D.I. Bower y W.F. Maddams. Cambridge University Press 1992

Bibliografía

6. BIBLIOGRAFÍAAplicaciones: Identificación, Asignamientos y Tablas.

“INFRARED & RAMAN CHARACTERISTIC GROUP FREQUENCIES: TABLES & CHARTS” G. Socrates. Wiley UK 2002.

“TABLAS PARA LA ELUCIDACIÓN ESTRUCTURAL DE COMPUESTOS ORGÁNICOS POR MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS” E. Pretsch, T. Clerk, J. Seibl y W. Simon. Ed. Alhambra Madrid 1980

“THE VIBRATIONAL SPECTROSCOPY OF POLYMERS” D.I. Bower y W.F. Maddams. Cambridge University Press 1992