ESPECTROFOTOMETRA DE ABSORCIN EN EL INFRARROJO Mtodos de

ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO Métodos de Análisis Instrumental Auxiliar Andrea Cifuentes 2014

Espectroscopia Infrarroja IR 800 -1. 000 nm A mayor longitud de onda menor energía La figura 1: Espectro Electromagnético.

Espectroscopia Infrarroja 800 nm 2. 500 nm IR CERCANO 50. 000 nm IR MEDIO 1. 000 nm IR LEJANO

Fundamento 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. (*IRtutor)

Espectroscopia Infrarroja INSTRUMENTACIÓN FUENTE SELECTOR CELDA DETECTOR REGISTRADOR

Espectroscopia Infrarroja 1. La Lámpara de Nerst: es un cilindro delgado fabricado con óxidos de tierras raras, de unos 20 mm de longitud por 1 a 2 mm de diámetro. Se hace pasar corriente eléctrica por el cilindro , para calentarlo. FUENTE Tienen un sólido inerte que se calienta eléctricamente hasta una T>1500·C. 2. La Fuente Globar: El Globar es una barra de carburo de silicio con calentamiento eléctrico, Esta fuente suele producir una radiación IR más intensa que la lámpara de Nerst. 3. Fuente de IR con Arco de Mercurio: se usan en aplicaciones en el infrarrojo lejano. 4. Lámpara de filamento de Tungsteno: las lámpara convencionales se pueden usar como fuentes para la región de IR cercano N (Número de Onda) 1/λ

Espectroscopia Infrarroja SELECTOR CELDA MONOCROMADOR DEPENDE DEL TIPO DE MUESTRA

Espectroscopia Infrarroja 1. Detectores Térmicos: funcionan midiendo los efectos de calentamiento de la radiación IR sobre un componente diseñado para actuar como un cuerpo negro. DETECTOR 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. 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.

REGISTRADOR

Vibraciones Moleculares Cuando el enlace se alarga o se comprime, y a continuación se deja en libertad, los átomos vibran.

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 3 N-5 (para moléculas lineales) 3 N-6 (para moléculas NO lineales) Una molécula no lineal con n átomos tiene 3 n - 6 modos de vibración fundamental. El agua tiene 3(3) - 6 = 3 modos. Dos modos son de tensión y uno de flexión. (*IRtutor)

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.

Espectroscopia Infrarroja Tratamiento de las Muestras 1. Muestras Líquidas Se pueden disponer entre dos placas de una sal de alta pureza (KCl, KBr, Ca. F 2). Las placas son transparentes a la luz IR

Espectroscopia Infrarroja Tratamiento de las Muestras: 2. Muestras Sólidas Solubles en un solvente Insoluble en un solvente 3. Muestras Gaseosas Trampa de Gases Celdas para muestras de 5 -10 cm de largo Suspensión con Aceite de Nujol Suspensión con KBr

Aplicaciones • Determinaciones cualitativas de compuestos orgánicos y para deducir estructuras moleculares a partir de sus grupos funcionales tanto de compuestos orgánicos como inorgánicos. • 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. • 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. • • • Análisis de productos farmacéuticos y de síntesis. Ciencia Forense (identificación) Biomedicina (análisis de tejidos) Conservación artística (análisis de pigmentos) Industria del reciclaje (identificación de materiales poliméricos)

Bandas para Alcanos C-H es una banda ancha entre 2800 y 3000 cm-1 La ausencia de bandas indica la presencia en ningún otro grupo funcional. 17

Bandas para Alquenos 18

Bandas para Alquinos 19

Bandas para Alcoholes O-H absorbe alrededor de 3300 cm-1 y normalmente tiene una banda ancha y fuerte.

Bandas para Aromáticos 21

Cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos Las vibraciones de tensión C=O de las cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos sencillos se producen a frecuencias de aproximadamente 1710 cm-1. Estas frecuencias son más altas que las de los dobles enlaces C=C, debido a que el doble enlace C=O es más fuerte y más rígido. La tensión C=O es fuerte e inconfundible. Dependiendo de qué más esté unido al carbonilo, existen otras bandas que se pueden buscar para diferenciar entre aldehídos, cetonas y ácidos.

Bandas para compuestos con grupo carbonilo Aldehidos

Cetonas 24

Ácidos Carboxílicos 25

Ésteres 26

Aminas 27

Amina secundaria: tendrá un pico agudo Amina primaria: tendrá dos picos agudos. Las aminas terciarias no mostrarán picos agudos porque no hay un enlace N-H.

IR de los nitrilos Las absorciones de tensión del triple enlace nitrilo se producen a frecuencias ligeramente más altas que las de los triples enlaces de los alquinos. Un triple enlace carbono-nitrógeno: tiene una absorción intensa y aguda centrada alrededor de 2200 a 2300 cm-1.

Resumen de las frecuencias de tensión en el IR. El espectro IR tiene distintas regiones. La parte izquierda del espectro muestra las tensiones C-H, O-H y N-H. Los enlaces triples absorben alrededor de 2200 cm-1 seguidos por los enlaces dobles hacia la derecha a alrededor de 1700 cm-1. La región por debajo de 1400 cm 1 se denomina región de huella dactilar.

Espectroscopia Infrarroja 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. Región de frecuencias de grupo Región de la huella dactilar

Espectroscopia Infrarroja 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-).

Espectroscopia Infrarroja 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.

S O I C R E J E

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