documento 14
TRANSCRIPT
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