2. La espectroscopia infrarroja tiene su aplicación más
inmediata en el análisis cualitativo: detección de las
moléculas presentes en el material. En la zona del
espectro electromagnético IR con longitudes de onda
del infrarrojo medio (entre 4000 y 1300 cm-1) se suelen
observar una serie de bandas de absorción provocadas
por las vibraciones entre únicamente dos átomos de la
molécula. Estas vibraciones derivan de grupos que
contienen hidrógeno o de grupos con dobles o triples
enlaces aislados.
En la zona del espectro electromagnético IR con
longitudes de onda comprendidas entre 1300 y 400 cm-1
(infrarrojo lejano), la asignación de las bandas de
absorción a vibraciones moleculares es más difícil de
realizar, debido a que cada una de ellas está generada
por absorciones individuales sumadas (multiplicidad de
las bandas). Es la denominada zona de la huella dactilar
(flexión de enlaces CH, CO, CN, CC, etc..). En esta
zona de longitudes de onda, pequeñas diferencias en la
estructura y constitución de las moléculas dan lugar a
variaciones importantes en los máximos de absorción.
INTRODUCCIÓN
4. 10-10 10-8 100 102
10-6 10-4 10-2
longitud de onda (cm)
rayos rayos x UV VIS IR -ondas radio
Espectro Electromagnético
EspctroscopíaUV:
cromóforos
Espectroscopía IR:
grupos funcionales
Espectroscopía RMN: átomos
individuales y su entorno
E = h
= c/
La energía de la luz infrarroja es adecuada para
provocar vibraciones en las moléculasorgánicas
5. La frecuencia exacta de una transición para un enlace determinado va a
depender entre otras cosas de la fuerza del enlace (momento dipolar) y de
la masa de los átomos en los extremos del enlace
Regiones típicas de un espectro IR
6. La región que se utiliza del espectro infrarojo es entre 625 y 4000 cm-1
En esta zona se consiguen excitar transiciones vibracionales
de la molécula: estiramientos y flexiones de los enlaces
B
Los enlaces
covalentes se
asemejan a
“resortes”
Al entregarles energía adecuada se pueden estirar y
flexionar
8. ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO
Vibraciones de Tensión
ν1: Simétrico
ν3: Asimétrico
Vibraciones de Flexión
ν2: Tijereteo
x: Aleteo
y: Torsión
Z: Balanceo
9. Escala Número de onda
Esta magnitud se define como la inversa de la longitud de onda:
donde λ es la longitud de la onda en el medio.
La escala en cm-1 designa, la frecuencia
11. ¿Por qué es útil la espectroscopía de infrarrojo?
1. Las bandas vibracionales de muchos grupos funcionales aparecen a longitudes de
onda características.
1. El espectro en su conjunto constituye un criterio inequívoco para la identificación
de una molécula.
La complejidad de un espectro IR permite su uso para identificar sustancias
ya que cada compuesto tiene un espectro característico.
Por otra parte la identificación de ciertas bandas características brinda
información sobre la presencia de grupos funcionales
12. 1. La Lámpara de Nerst: es un cilindro delgado
fabricado con óxidos de tierras raras, de unos
20mm de longitud por 1 a 2mm de diámetro. Se
hace pasar corriente eléctrica por el cilindro ,
para calentarlo, con conexiones eléctricas en sus
dos extremos. A las temperaturas de operación,
el cilindro brilla al rojo sombra.
2. La Fuente Globar: El Globar es una barra de
carburo de silicio con calentamiento eléctrico, de
unos 5cm de longitud y 3mm de diámetro. Esta
fuente suele producir una radiación IR más
intensa que la lámpara de Nerst, a números de
onda menores a 2000cm-1.
N (Número de Onda) 1/λ
FUENTE
Tienen un sólido inerte que se
calienta eléctricamente hasta
una T>1500·C.
Espectroscopia Infrarroja
13. FUENTE
Tienen un sólido inerte que se
calienta eléctricamente hasta
una T>1500·C.
3. Fuente de IR con Arco de Mercurio: se usan en
aplicaiones en el infrarrojo lejano. Consiste en un
tubo conchaqueta de cuarzo, que contiene mercurio
a una presión mayor que 1atm, a través del cual se
hace pasar corriente eléctrica que forma un plasma
interno, emisor de radiación.
4. Lámpara de filamento de Tungsteno: las lámpara
convencionales se pueden usar como fuentes para la
región de IR cercano, dentro de los límites
aproximados de 4000 a 12500cm-1.
Espectroscopia Infrarroja
15. DETECTOR
1. Detectores Térmicos: funcionan midiendo los efectos de
calentamiento de la radiación IR sobre un componente diseñado
para actuar como un cuerpo negro.
Los termopares son el tipo más frecuente de detector térmico.
Éstan formados de un tramo de un conductor metálico al que se
fijan dos trozos de metales distintos . Entre las dos uniones se
desarrolla una diferencia de potencial , que está relacionada con los
cambios de temperatura entre las dos uniones metal-con metal, al
calentar una de ellas.
2. Detectores Piroeléctricos: están formados por una capa de
material piroeléctrico (sulfato de triglicina deuterada) emparedada
entre dos electrodos (uno de ellos hecho de un material
transparente a la radiación IR), que forman un capacitor. La
radiación IR que pasa por la ventana causa un calentamiento del
material, que a su vez cambia la polarización del material y la
capacitancia del detector.
Espectroscopia Infrarroja
16. Espectroscopia Infrarroja
DETECTOR
3. Detectores Fotoconductores: consiste en una capa
semiconductora delgada, de un material como telururo de cadmio,
que recubre una superficie no conductora de vidrio encerrada en
una envolvente de vidrio al vacío. La exposición del semiconductor
a la radiación IR eleva electrones de valencia, desde estados no
conductores hasta estados conductores, aumentando así la
conductividad del dispositivo.
REGISTRADOR
Espectros IR
17. Para obtener los espectros IR hay dos tipos de instrumentos:
1. Espectrómetros IR Dispersivos de Rejilla: son aquellos en los que el
espectro se analiza en secuencia siguiendo la dispersión de radiación de
varias longitudes de onda, mediante un monocromador o una rejilla de
difracción.
En caso normal, los espectrómetros dispersivos son instrumentos de doble
haz que usan rejillas de difracción para dispersar y seleccionar la frecuencia
de la radiación IR a partir de una fuente blanca.
2. Espectrómetros de Transformada de Fourier multiplex (FTIR): son
los más utilizados actualmente. A diferencia del dispersivo de rejilla, detecta
todas las longitudes de onda y se miden en forma simultánea
Espectroscopia Infrarroja
18. Tratamiento de las Muestras:
1. Muestras Líquidas
Viscosas
No Viscosas
Volátiles
No Volátiles
Celda Desmontable
para Muestras
Líquidas Volátiles
Discos de NaCl
Celda
desmontable
Parafina
Espectroscopia Infrarroja
19. Tratamiento de las Muestras:
2. Muestras Sólidas
3. Muestras Gaseosas
Solubles en un solvente Suspensión con
Aceite de Nujol
Insoluble en un solvente Suspensión
con KBr
Trampa de Gases
Espectroscopia Infrarroja
20. La espectrometría del infrarrojo es sumamente útil para determinaciones
cualitativas de compuestos orgánicos y para deducir estructuras moleculares a
partir de sus grupos funcionales tanto de compuestos orgánicos como inorgánicos.
En el análisis cualitativo la espectroscopia de infrarrojo puede usarse para la
identificación
de sustancias puras o para la absorción, localización e identificación de impurezas.
Para localizar una impureza en una sustancia se hace una comparación en el
espectro de las sustancia que se estudia y una muestra de la sustancia pura. Las
impurezas causan bandas de absorción adicionales que aparecen en el espectro.
En el IR también están encontrando uso cada vez mayor en el análisis
cuantitativo, el principal campo de aplicación de este tipo de análisis se halla en la
cuantificación de contaminantes atmosféricos que provienen de procesos
industriales.
Espectroscopia Infrarroja
21. Todos los enlaces de una molécula van a sufrir transiciones vibracionales, cada
una con una frecuencia determinada y característica, y cada una de estas
transiciones va a provocar una banda de absorción
El espectro IR va a registrar todas estas bandas
24. GRUPO FUNCIONAL
NUMERO DE ONDA
(cm-1) GRUPO FUNCIONAL
NUMERO DE ONDA
(cm-1)
CH (estiramiento de alcanos) 2800 - 3000 Amidas 1690-1630
CH (estiramiento de alquenos) 3000 - 3100 -COCl 1815-1785
CH (estiramientos de alquinos) 3300 - 3400 Anhidridos 1850-1740(2)
CH (flexión) 1350 - 1450 -C ≡ C- 2300-2100
CH ( oscilación) 700 - 750 -C ≡ N ~ 2250
C-C (estiramiento) 1450 - 1610 -N=C=O ~ 2270
C-C (flexión) 400 - 700 -N=C=S ~ 2150
OH (enlace de hidrógeno) 3100-3200 C=C=C ~ 1950
OH (sin enlace de hidrógeno) 3600 NH 3500-3300
Cetonas 1725-1700 C=N- 1690-1480
Aldehídos 1740-1720 NO2
1650-1500
1400-1250
Aldehídos y cetonas α,β-insaturados 1715-1660 S=O 1070-1010
Ciclopentanonas 1750-1740 sulfonas
1350-1300
1150-1100
Ciclobutanonas 1780-1760 Sulfonamidas y sulfonatos
1370-1300
1180-1140
Ácidos carboxílicos 1725-1700 C-F 1400-1000
Esteres 1750-1735 C-Cl 780-580
Esteres α,β-insaturados 1750-1715 C-Br 800-560
δ-Lactonas 1750-1735 C-I 600-500
γ-lactonas 1780-1760 CO ( estiramiento) 1000 - 1260
25. Región de la huella dactilar
Región de frecuencias
de grupo
En los espectros IR se pueden
distinguir dos zonas, una de
3600 a 1200 cm-1, conocida
como región de Frecuencias
de Grupo y otra entre 1200 a
600 cm-1, la región de la
Huella Dactilar.
En general primero se
analiza la región de frecuencias
de grupo, para identificar a los
grupos de la molécula y luego
se afina el procedimiento
analizando la región de la
“huella digital” que es
particular de cada molécula.
Espectroscopia
Infrarroja
26. Hay algunos grupos
que absorben en la
región de la “huella
digital”, como el C-O-C
(1200 cm-1) ó C-Cl (700
a 800 cm-).
27. La “huella dactilar”: Esta región muestra las pequeñas diferencias en
estructura que puede tener una molécula (se muestran las particularidades
de las moléculas). Como consecuencia, la estrecha correspondencia entre dos
espectros de esta región, indica la identidad del compuesto.
La mayoría de los enlaces simples originan bandas de absorción a estas
frecuencias y como sus energías son aproximadamente iguales, se produce
una fuerte interacción entre enlaces vecinos. Las bandas resultantes son el
resultado de estas interacciones y dependen de la estructura básica general
de la molécula.
Debido a la complejidad, es difícil interpretar de forma exacta estos espectros,
pero a su vez, esta complejidad conduce a la singularidad y por ende a la
utilidad
de esta región en la identificación de compuestos.
Espectroscopia Infrarroja
28. Ejemplo 1. C10H22
Espectro sencillo.
Seguramente un HC
saturado (no hay
bandas de doble
enlace).
Bandas C-H
Flexión CH2
A 1467
Flexión del CH3
La ausencia de bandas
Entre 1300 y 750 cm-1
Sugiere una estructura
De cadena lineal.
La banda a 782 cm-1
indica que hay 4 o más
grupos CH2 en la
cadena.
El compuesto es n-decano
Espectroscopia Infrarroja
29. Ejemplo 3. C8H16
La fórmula indica
un doble enlace
Estiramiento C=C
1650
En 998 y 915 hay
bandas de
deformación
C-H, con un pico
débil en 720 cm-1.
Además, el pico a
720 indica al menos
4 CH2
El compuesto es 1 octeno
Espectroscopia Infrarroja
59. Espectro de
infrarrojo del
jugo de limón
El limón es un auténtico tesoro nutricional y muy beneficioso para nuestra salud. Es una fruta curativa
por excelencia, porque nos aporta vitaminas, elimina toxinas y es un poderoso bactericida, por lo que la
OMS recomienda su consumo regular.
Es originario del sudeste asiático, aunque actualmente se produce en todas la áreas tropicales y
templadas del globo. El principal país productor es México seguido de la India, mientras que España es
el primer país exportador de limones y limas.
60. Espectro de
infrarrojo del
jugo de naranja
El jugo de naranja o zumo de naranja es un jugo de frutas en forma de líquido obtenido de exprimir el
interior de las naranjas, generalmente con un exprimidor. El mayor exportador de jugo de naranja es
Brasil, seguido de Estados Unidos (principalmente Florida).
Sus usos culinarios son diversos y participan principalmente como refresco. El zumo de naranja es un
producto alimenticio complejo compuesto de diversos ingredientes. Hoy en día puede adquirirse
exprimido en envases de Tetra Brik en casi cualquier supermercado.
61. Espectro de
infrarrojo de una
cebolla
Sin duda, el aspecto más negativo de la cebolla es que nos hace llorar, pero por lo demás, es un
auténtico tesoro nutritivo y un imprescindible de nuestra gastronomía.
Es un alimento muy antiguo, y entre sus capas esconde numerosas propiedades nutritivas y
medicinales, es rica en minerales y oligoelementos (calcio, magnesio, cloro, cobalto, cobre, hierro,
fósforo, yodo, níquel, potasio, silicio, cinc, azufre y bromo); y también en vitaminas (A, B, C y E).
62. Espectro de
infrarrojo de la
cerveza
La cerveza (del latín cerevisĭa) es una bebida alcohólica, no destilada, de sabor amargo, que se fabrica
con granos de cebada germinados u otros cereales cuyo almidón se fermenta en agua con levadura
(principalmente Saccharomyces cerevisiae o Saccharomyces pastorianus) y se aromatiza a menudo
con lúpulo, entre otras plantas.
Es la bebida alcohólica más consumida del mundo, y una de las bebidas más consumidas, solo por
detrás del agua y el té.
