Espectroscopía IR y FTIR

8/3/2019 Espectroscopa IR y FTIR

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Autor: Javier Palma M.Profesor: Daniel Serafini


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ndice

Qu es la espectroscopa IR? Factores que afectan al espectro IR Optimizacin del IR a FTIR


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Qu es la espectroscopa IR?

Es la rama de la espectroscopa que trata con la parte infrarroja delespectro electromagntico.

Mientras el rango visible est entre (380nm780nm)

La espectroscopa del infrarrojo

cercano (780nm2500nm)

medio (2500nm5000nm)

lejano (5000nm1mm)


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Usando el nmero de onda

Se caracterizan por la unidad nmero de onda que es la cantidad de ciclospor cm en una onda electromagntica continua.

1 1 ( )( )( ) ( / sec)

v Hzv cm

cm c cm

La ventaja de utilizar el nmero de onda es que es proporcional a lafrecuencia y a la energa del fotn, y estn relacionadas a las frecuencias yenergas de las vibraciones moleculares.


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Coordenadas del espectro IR

Tambin se pueden colocar la coordenada vertical como absorbancia A

10log (1 / )A T

La ventaja de utilizar una escala de absorbancia es que es que sta, esproporcional a al producto del espesor y la concentracin de la muestra


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Transiciones electrnicas ocurren con la absorcin de UV y visible.

FIR: El infrarrojo lejano (10-200 cm-1)

Se utiliza para estudiar las vibraciones de baja frecuencia y algunas rotacionesmoleculares, otras ocurren con microondas

MIR: El infrarrojo medio (200-4000 cm-1)

Regin utilizada para el anlisis de componentes qumicos en ciertos compuestos

NIR: infrarrojo cercano (4000-12820 cm-1)

Es usada para muchas aplicaciones, especialmente para anlisis cuantitativos

Sin embargo 4000 cm-1 es el nmero de onda lmite superior para una vibracin deabsorcin fundamental en el IR. Mientras el lmite inferior del nmero de onda es msvariable debido a que es una limitacin instrumental.

Rangos en la espectroscopa IR


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Magnitudes de las energas:

Rangos en la espectroscopa IR


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La molcula diatmica es la ms simple de los tipos de molculas,est formada por 2 ncleos conectados por una nica banda qumica queexperimenta solo una vibracin a la vez. Los electrones en una molcula semueven mucho ms rpido que el ncleo, por lo que equilibranrpidamente nuevas estructuras electrnicas apenas el ncleo se mueve.

En la aproximacin de oscilador armnico simple la fuerza restauradora kpara cada masa es proporcional a la longitud de la banda.

Frecuencia vibracional:

Vibraciones diatmicas

1/2

1 2

1 1 1

2v k

m m

Efectos de las repulsiones tipocoulomb ignoradas

Disociacin enlaces noconsideradas


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Tambin existe el modelo anharmnico que tiene por cualidad:

Para niveles de energa bajos se obtienen resultados similares

E decrece a valores altos de v

E = 2,3 (sobretonos)


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1

2

kv

c

Para molculas diatmicas se cumple que el nmero de onda es:

Algunas tabulaciones de molculas diatmicas:


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Tipos de vibraciones en el momento dipolar (E.N.)

Symmetricalstretching

Antisymmetricalstretching Scissoring

Rocking

Twisting

Wagging

Sin considerar recoil CM


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Observaciones sobre el nmero de onda

El nmero de onda disminuye conforme aumenta el peso atmico de lostomos que estn implicados en el enlace.

El nmero de onda aumenta conforme aumenta la energa del enlace.

Se puede descubrir algunas de las caractersticas relacionadas con elnmero de onda:


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Vibraciones poliatmicas

Las molculas poliatmicas poseen ms que solo una frecuencia omodos de vibracin. Cada tomo puede moverse en x, y, z; si son ntomos en la molcula, entonces habrn 3n formas independientes enlas cuales se podr vibrar.

Motions Monatomic Linear molecules Non-Linear moleculesPosition (x, y and z) 3 3 3Rotation (x, y and z) 0 2 3

Vibration 0 3N - 5 3N - 6Total 3 3N 3N

Sin embargo los nmeros de bandas reales se ven incrementados por:

Sobretonos: Mltiplos de una frecuencia dadaCombinacin de tonos: Suma de otras dos vibraciones


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Vibraciones poliatmicas

Y disminuyen debido a:

Frecuencias fundamentales que estn fuera de la zona de IR utilizada

Bandas que son demasiado dbiles en intensidad para ser observadasVibraciones fundamentales que estn muy prximas en el espectro ycolapsan entre ellas

Presencia de bandas degeneradas presentes en molculas con muy

alta simetra

Vibraciones fundamentales que no aparecen como consecuencia de unfallo en la induccin del correspondiente dipolo


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Consiste en la comparacinestilo barrido entre la luztransmitida desde una fuentea travs de una celda dereferencia con la celda que

contiene la muestra.

Esquema bsico de un espectrmetro IR


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1) Estado fsico de la muestra

Gas: abundancia de movimientosrotacionales poca interaccin inter

e intramolecularLquido: alguna superposicin demovimientos rotacionalesabundancia de interacciones intere intramoleculares

Slido: solo movimientosvibracionales variaciones en elestado cristalino-amorfoanisotropia espectroscpica

Factores que afectan al espectro IR


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2) Preparacin de la muestra

(a). con disolvente

Se analiza cuidadosamente: solubilidad, posibilidad de interferencia conzonas de inters analtico, reactividad con material integrante de las celdas

(a.1.) tipo de disolucin

disolucin slida

1/10 corresponde a KBr, KI o CsI(se muele en seco dentro de unMortero y luego se prensa)



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disolucin lquida

(a.2.) concentracin

(a.3.) homogeneidad

(b). sin disolvente

camino que recorre el haz(concentracin)

3. Contaminacin ambiental

vapor de H2O y CO2



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Resonancia de Fermi

La energa obtenida considerando un oscilador armnico mecano cuntico es:

1 1 2 2

1 1...

2 2E v h v h

Nmero cuntico y frecuencia .

La intensidad del sobretono, depende del monto de anarmonicidad E no esconstante en las bandas.

La resonancia de Fermi es un efecto anarmnico que se produce cuando dos oms armnicos o modos de combinacin son casi degenerados por accidente.

El ejemplo ms famoso ocurre en el CO2, en que el espectro IR debera mostrarlneas desde el estado fundamental a los|1, 0, 0> (1355 cm1, intensa) y |0, 2, 0> (1339 cm1, poco intensa).En cambio, se observan dos lneas intensas casi gemelas a 1388 y 1285 cm1


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La utilizacin de la transformada de Fourier es muy til enespectroscopa IR debido a que con ella se puede analizar en elespacio de frecuencias haciendo un barrido completo y mejorando laresolucin de los espectros obteniendo as mayor sensibilidad.

Utiliza el interfermetro de Michelson modificado con una delgadacapa de germanio en el divisor de haz.

La fuente infrarroja es policromtica y se producirn patrones deinterferencia distintos al cambiar la distancia del espejo mvil y con unsoftware especfico que hace un barrido a diferentes distancias y luego

transforma el interferograma en espectro; cuando esto est hecho elcomputador est listo para analizar el espectro y darle sentido segn elnmero de onda.


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Una muestra ejemplo de resultados es la siguiente:


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Espectroscopa IR para anlisis de calidad y control en la comida

Anlisis cuantitativo de mineraloga en rocas

Espectroscopa cromatogrfica de gases

Mtodo para identificacin de isomeros Termogravimetra de espectro infrarrojo

Micro-muestras en anlisis forenses utilizando microscopios

Macro-muestras en anlisis estelares de composicin y estructura

Otros estudios en las muestras (Emission spectra, Photocurrentspectra)


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Precios varan entre:IR: US$(999-1999)FTIR: US$(2999-21900)

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