3A. Espectrofotometria infrarroja.docx

7/23/2019 3A. Espectrofotometria infrarroja.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Per, Decana de Amrica

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICADepartamento Acadmico De Qumica Analtica

Labra!ri de An"lisis Ins!r#men!al

Pr"c!ica de labra!ri N$ %

&Espectrometra Inrarro!a'

Al#mn ( L"pe# Da# Alan $os

C)di* ( %&'('')&

Pr+esr ( Rosa Len*ua

rari ( $ue+es % a , -.M.

Lima, -#eves .. de c!#bre de ./01


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I2 O34E5IVOS2

a/ Conocer las principales partes de un e0uipo FTIR su uncionamiento 1aplicaci"n al an2lisis de muestras en estado s"lido3 l0uido 1 *aseoso.

4/ Comprender el proceso del an2lisis de materiales tales como el 5inian65inilos/3 1 las 4olsas 6-olietileno/ 4iode*rada4les 1 no 4iode*rada4lespara determinar si las muestras son puras o contaminadas7 an2lisis 0uese emplea para monitorear su calidad.

c/ Conocer los principios undamentales 0ue ri*en la interacci"n ener*a8materia 6radiaci"n electroma*ntica8molculas/ en uno de los mtodosespectrosc"picos m2s comunes usados en Qumica 9r*2nica: Inrarro!o6IR/.

d/ Comprender la inormaci"n contenida en los espectros correspondientes3a in de identiicar los *rupos uncionales m2s comunes.

e/ Mane!ar las ta4las de a4sorci"n correspondientes con el in de resol+ere!emplos sencillos de elucidaci"n estructural de al*unos compuestosor*2nicos.

/ Comprender c"mo se preparara una pastilla de ;


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III2 IN6ORMACI7N2

La espectroscopia es el estudio de la interacci"n de la radiaci"n con lamateria. La radiaci"n electroma*ntica es una amplia *ama de dierentescontenidos ener*ticos 1 comprende +alores 0ue +an desde los ra1os

c"smicos 6%'>

?cal/ @asta la radiorecuencia 6%'8(

cal/.

Toda onda electroma*ntica est2 constituida por una onda elctrica 1 unaonda ma*ntica. Cada onda electroma*ntica posee un +alor de ener*a6E/3 as como de recuencia 6/3 lon*itud de onda 6B/ 1 un nmero de onda6/7 los 0ue se relacionan entre s a tra+s de las si*uientes epresiones:

E @ cB E @6cB/ %B 6en cm8%/

-or otro lado3 la ener*a total de un sistema molecular est2 dada por:

ET Etrans Erot E+i4r Eelectr

Donde:

Etrans Ener*a de translaci"n3 0ue es la ener*a cintica 0ue posee unamolcula de4ido a su mo+imiento de translaci"n en el espacio.

Erot Ener*a de rotaci"n3 0ue es la ener*a cintica 0ue posee de4ido a la

rotaci"n alrededor de sus e!es 0ue con+er*en en su centro de masa.

E+i4r Ener*a de +i4raci"n3 0ue es la ener*a potencial 1 la ener*a cintica0ue posee de4ido al mo+imiento +i4racional de sus enlaces.

Eelectr Ener*a electr"nica3 0ue es la ener*a potencial 1 ener*a cintica desus electrones.

ESPEC5ROSCOPIA DE IN6RARRO4O2

Es una tcnica analtica instrumental 0ue permite conocer los principales*rupos uncionales de la estructura molecular de un compuesto.

Esta inormaci"n se o4tiene a partir del espectro de a4sorci"n de dic@ocompuesto al @a4erlo sometido a la acci"n de la radiaci"n inrarro!a en elespectroot"metro.


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La re*i"n del espectro IR normal 0ueda comprendida entre H., m a H,m3 medido en unidades de lon*itud de onda3 0ue corresponde a )''' cm 8%1 )'' cm8%respecti+amente si se epresa en nmero de onda 60ue es elin+erso de la lon*itud de onda3 cm 8%/.

Carac!er8s!icas de #n es9ec!r2 El espectro de inrarro!o de uncompuesto es una representaci"n *r2ica de los +alores de nmero deonda 6cm8%/ ante los +alores de por ciento de transmitancia 6JT/.

La a4sorci"n de radiaci"n IR por un compuesto a una lon*itud de ondadada3 ori*ina un descenso en el JT3 lo 0ue se pone de maniiesto en elespectro en orma de un pico o 4anda de a4sorci"n.

ESPEC5ROME5R:A DE

IN6RARRO4OS POR 5RANS6ORMADA DE 6OURIER

La espectrometra inrarro!a por transormada de Fourier 6FTIR/ es una tcnica dean2lisis para o4tener el espectro inrarro!o con ma1or rapide#. En lu*ar de re*istrarlos datos +ariando la recuencia de lu# inrarro!a monocrom2tica3 se *ua la lu# IR6con todas las lon*itudes de onda de pista utili#ada/ a tra+s de un interer"metro.Despus de pasar por la muestra3 la seKal medida da el interero*rama. Lareali#aci"n de una transormada de Fourier de la seKal produce un espectroidntico al de la espectrometra inrarro!a con+encional 6dispersi+a/.

Los espectroot"metros FTIR son m2s 4aratos 0ue los con+encionales3 por0ue esm2s simple construir un interer"metro 0ue un monocromador. Adem2s3 la medidade un solo espectro es muc@o m2s r2pida en esta tcnica3 de4ido a 0ue la

inormaci"n de todas las recuencias se toman al mismo tiempo. Esto permite@acer mltiples lecturas de una sola muestra 1 o4tener un promedio3 lo 0ueaumenta la sensi4ilidad del an2lisis. De4ido a sus mltiples +enta!as3 casi todoslos modernos espectroot"metros de inrarro!os son FTIR.


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VI3RACI7N MOLECULAR2

Las molculas poseen mo+imiento +i4racional continuo. Las +i4raciones

suceden a +alores cuanti#ados de ener*a.

Las recuencias de +i4raci"n de los dierentes enlaces en una molculadependen de la masa de los 2tomos in+olucrados 1 de la uer#a de uni"nentre ellos.

En trminos *enerales las +i4raciones pueden ser de dos tipos: estiramiento1 lei"n.

Las +i4raciones de estiramiento son a0uellas en las 0ue los 2tomos de un

enlace oscilan alar*ando 1 acortando la distancia del mismo sin modiicarel e!e ni el 2n*ulo de enlace.

imtrica AsimtricaVibracines de es!iramien!

Las +i4raciones de lei"n son a0uellas 0ue modiican continuamente el2n*ulo de enlace.

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Ti!era 9scilaci"n


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de la ma1ora de los *rupos uncionales presentes en las molculasor*2nicas.

Las a4sorciones 0ue aparecen en esta #ona3 proceden undamentalmentede las +i4raciones de estiramiento.

La #ona situada a la derec@a de %)'' cm 8%3 es por lo *eneral3 comple!a3de4ido a 0ue en ella aparecen +i4raciones de estiramiento como de lei"n.Cada compuesto tiene una a4sorci"n caracterstica en esta re*i"n3 estaparte del espectro se denomina como la re*i"n de las @uellas dactilares.

A3SORCIONES DE i un compuesto tiene @idr"*enos +inlicos3 arom2ticos o acetilnicos3 laa4sorci"n del 8C es a la i#0uierda de &''' cm8%.

C.(Los metilenos tienen una a4sorci"n caracterstica de %),'8%)P, cm 8%6lei"n/. La 4anda de (H' cm 8% se presenta cuando @a1 m2s de )metilenos !untos.

C%(Los metilos tienen una a4sorci"n caracterstica de %&(,8%&P' cm 8%.


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CH

C

La 4anda de %&P' cm8%3 caracterstica de metilos se do4letea cuando@a1 isopropilos o ter84utilos3 apareciendo tam4in las si*uientesseKales:

C&

%&P'cm8%6do4le/ %%(' cm8% %%), cm8%C&

C&

%&P ' cm8% 6do4le/ %H,, cm8% %H%' cm8%

C&

C&

Espectro de IR del n8@eptano mostrando las +i4raciones de estiramiento C8.

AL?UENOS2

@C= (5i4raci"n de estiramiento ocurre a &'''8&&'' cm 8%.

C@C ( 5i4raci"n de estiramiento3 en la re*i"n de %''8%(, cm8%3 a menudo son4andas d4iles.

@C= ( 5i4raci"n de lei"n uera del plano en la re*i"n de %'''8,' cm8%.


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Monosustitucin 1 ,2,4-Trisustitucin

1 ,2-Disustitucin

( orto)

1 ,2,3,4-Tetrasustitucin

,3-Disustitucin1

( meta)


1 ,4-Disustitucin

( para)


1 ,2,3-Trisustitucin Pentasustitucin

1 Hexasustitucin,3,5-Trisustitucin

Espectro de IR del tolueno.

eKales caractersticas de sustituciones en compuestos

arom2ticos en la re*i"n H'' %(cm8%


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Flei"n C8 uera del plano en la re*i"n >''8>' cm 8% paracompuestos arom2ticos.

Monosustituci"n (('8(&'

(%'8>'

%3&3,8Trisustituci"n P)'

%3H8Disustituci"n (('8(&, %3H3)8Trisustituci"n PH,8P',PP,8P('

%3&8Disustituci"n P%'8(,'(%'8>'

%3H3&3)8Tetrasustituci"n P%'8P''

%3)8Disustituci"n P)'8P%' %3H3)3,8Tetrasustituci"n P('8P,,

%3H3&8Trisustituci"n (P'8('(),8(',

%3H3&3,8Tetrasustituci"n P,'8P)'

-entasustituci"n P('

ALCOOLES2

O= (5i4raci"n de estiramiento. -ara un alco@ol asociado la caractersticaes una 4anda intensa 1 anc@a en la re*i"n de &'''8&('' cm 8%. Unalco@ol monomrico da una 4anda a*uda en &%'8&)' cm 8%.

C=O (5i4raci"n de estiramiento locali#ada en %'''8%H'' cm 8%.

C=O (Flei"n en el plano en %H''8%,'' cm 8%.

C=O (Flei"n uera del plano en H,'8,' cm 8%.

Espectro de IR del H84utanol.


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AMINAS2

N= (


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COMPUES5OS CAR3ON:LICOSLos alde@dos3 las cetonas3 los 2cidos car4olicos 1 sus deri+ados3 dan la4anda del *rupo car4onilo3 este *rupo es uno de los 0ue a4sor4en con unaalta intensidad en la re*i"n del inrarro!o en la #ona de %P,'%,' cm 8%.

5i4raciones de estiramiento de compuestos car4onlicos.Tipo de compuesto -osici"n de la a4sorci"n 6cm8%/

Alde@do3 RC9 %(H'8%()'

Cetona3 RC9R %(',8%(,'

Scido car4olico3 RC99 %(''8%(H,

ster3 RC99R %(&,8%(,'

R *rupo saturado 1 ali2tico

ALDE:DOS2

C@O (


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C= (


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BCIDOS2O= (


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IV2 CUES5IONARIO2

%/ En la serie de espectros de inrarro!o 0ue se presenta3 seKale las 4andas dea4sorci"n caractersticas para identiicar los *rupos uncionales de cadacompuesto3 adem2s seKale el tipo de +i4raci"n 0ue corresponde a la

4anda.Es9ec!r 65IR de la 3encilamina

Interpretaci"n: 5i4raci"n de tensi"n anti simtrica 6&&cm 8%/ 1 simtrica 6&H(cm8%/ de un*rupo NH

5i4raci"n de deormaci"n simtrica 6%')cm8%/ de un *rupo NH5i4raci"n de deormaci"n uera del plano 6P)cm 8%/ de un *rupo NH

Es9ec!r 65IR de la an8drid !e!raclr+!"lic


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Es9ec!r 65IR de la .=b#!anamida

5i4raci"n de tensi"n simtrica 6&H(, cm8%/ de un *rupo NH5i4raci"n de tensi"n entre H> a HP'P cm 8%de un *rupo C8 saturado

Es9ec!r IR del 3encilidenace!na


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.> Cm9araci)n de es9ec!rs IR de #n ma!erial blsa> bide*radable F nbide*radable


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Las mediciones eperimentales en los ensa1os de e;9sici)n a la in!em9erie3radiaci)n UV1 !rmicse reali#aron tomando muestras a inter+alos deinidos detiempo para e+aluaci"n de 9r9iedades mec"nicas3 es9ec!rsc98a 65=IR> 1calrime!r8a di+erencial de barrid DSC>.

Carac!eriGaci)n inicialLas 4olsas pl2sticas ueron codiicadas para ser anali#adas por FT8IR3 DC antesde ser sometidas a los ensa1os de*radati+os. Los resultados de la caracteri#aci"nse indican en las Fi*uras & 1 ). Latemperatura de usi"n 6Tm/ enpromedio es de %&' C 1 laausencia de picos de a4sor4anciaen %&(P cmV% 1 su eistencia en%&P cmV% indican 0ue el polmerousado en la a4ricaci"n de las4olsas es 9lie!ilen de altadensidad cu1a estructura corresponde a un polmero de cadenas lineales 0ueacilitan la cristali#aci"n.

EHPOSICI7N A LA IN5EMPERIE

La eposici"n a las condicionesmedioam4ientales ue directa. En eltranscurso de doce meses de eposici"n3se ad+ierte una marcada decoloraci"n delos lo*otipos de impresi"n3 as como una

ra*ilidad 1 ra*mentaci"n de las muestrasaditi+adas acumulando incluso materialparticulado medioam4iental de4ido a la ru*osidad 1 do4lamientos de la supericie.

Pr9iedades mec"nicas

e puede ad+ertir la trasormaci"n de un material dctil inicial en uno r2*il lue*ode la eposici"n a la intemperie. De estos resultados se ad+ierte un cam4io en laspropiedades mec2nicas poco acentuado durante los primeros ) meses aun0ue elcam4io esttico sea e+idente. Esto garantizara el desempeo de las bolsas

plsticas durante un perodo de tiempo til al consumidor.

Es9ec!rsc98a 65=IR

Los espectros o4tenidos en muestras despus de %H meses de eposici"n noindican cam4ios.No existen picos de absorbancia de la regin de los carbonilos(18 cm!1 a 1" cm!1# por lo $ue no existe indicios de %ormacin decompuestos oxidados. Tampoco eisten picos u4icados a los &,,) cmV% 1 &)%'


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cmV% por lo 0ue se comprue4a la ausencia de @idroper"idos como indica lai*ura si*uiente.

Calrime!r8a di+erencial de barridLas propiedades trmicas del material ensa1ado no presentaron cam4ios

si*niicati+os en su temperatura de usi"n.

Estos resultados indican en su con!unto 0ue el material es relati+amente esta4le alos a*entes medioam4ientales.La ausencia de procesos oidati+os puede de4erse tam4in a la capa desedimento 0ue se acumul" so4re la supericie de las 4olsas 1 0ue acta comoprotector impidiendo la incidencia directa de la radiaci"n solar 1 la diusi"n delo*eno am4iental 0ue son undamentales para iniciar las reacciones de*radati+as.

EHPOSICI7N A RADIACI7N UV

Este ensa1o ue el m2s rele+ante pues se us" una c2mara de en+e!ecimiento 0uepermiti" simular una eposici"n de lar*o tiempo 1 e+aluar sus eectos so4re elmaterial.

Pr9iedades mec"nicase o4ser+a un cam4io de los +alores iniciales de resistencia a la tracci"n 1porcenta!e de deormaci"n a la ruptura. En este caso& la di%erencia entre elmaterial aditivado y el no aditivadoes clara. Las propiedades mec2nicas de A%1 A& caen r2pidamente da a da mientras NH permanece inalterada.5isualmente el eecto de la radiaci"n 1 la temperatura es e+idente 1 tal como semuestra en las Fi*uras %)3 %, 1 %3 su eecto so4re el material aditi+ado es mu1

intenso.


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Es9ec!rsc98a 65=IR

Los espectros o4tenidos en muestras despus de H''3,''3 P'' 1 %''' @oras deeposici"n indican cam4ios proundos. Los picos de a4sor4ancia de la re*i"n delos carbonilos6%P'' cmV% a %'' cmV%/ crecen conorme aumenta el tiempo porlo 0ue hay evidencia de formacin de compuestos oxidados. 'as bandas entre

))* cm!1 + *1 cm!1 crecen comprobndose la presencia de grupos ,- eidroperxidoscomo indica la Fi*ura H%. -ara e+aluar el *rado de oidaci"n3 sepuede calcular el ndice de car4onilo 1 para polioleinas como el polietileno se usala relaci"n entre la altura de a4sor4ancia a los %(%' cmV% 1 un pico de reerenciaesta4le durante la oidaci"n a los %), cmV% WH%X. Notamos una e+oluci"n delndice de car4onilo en el tiempo pues las Fi*uras %P3 %> 1 H' indican el espectroampliado de la re*i"n de car4onilos.


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La Fi*ura HH muestra un crecimiento moderado de la 4anda en %(%' cmV% encomparaci"n a A% para los mismos inter+alos de tiempo. Esto indica 0ue sin eladitivo, las reacciones de degradacin son ms lentas pero de cualquiermodo se darn si existe el tiempo suficiente .

%2%2% Calrime!r8a di+erencial de barridLas propiedades trmicas del materialueron aectadas de4ido a la oidaci"n. Larotura de cadenas 1 la depolimeri#aci"naectan la temperatura de usi"n como semuestra en la Ta4la H


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EHPOSICI7N A DE


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Los cam4ios en A& de4eran darse con m2s tiempo 13 en *eneral3 aun0ue lade*radaci"n tam4in se produce con ener*a trmica como a*ente3 sus eectos noson tan uertes como al usarse !unto con radiaci"n U5.

Calrime!r8a di+erencial de barrid2

Las propiedades trmicas de la 4olsa A% ueron aectadas de4ido a la oidaci"n3siendo esto un indicati+o 0ue esta muestra es 4iode*rada4le7 1 la disminuci"n enla temperatura de usi"n ue de , C. La 4olsa A& no suri" cam4ios en el tiempoensa1ado3 lo 0ue indicara una concentraci"n menor del prooidante mientras la4olsa NH no ue aectada lo cual indica 0ue el eecto trmico tiene menor eicienciaen *enerar los radicales li4res cuando no est2n presentes a*entes catali#adorescomo los pro8oidantes.

Del an2lisis de FT8IR 1 DC se e+idencia 0ue un eecto nulo so4re la 4olsa A& 1NH para un tiempo de '' @oras de eposici"n a una temperatura relati+amentealta de & C comparado con el eecto de la radiaci"n U5 al mismo tiempo dede*radaci"n es un indicati+o de una ma1or capacidad de la radiaci"n para atacarlos sitios sensi4les de las cadenas.

Como lo indica la le1 de Grot@us8Draper3 s"lo la ener*a 0ue es a4sor4ida por unamolcula puede eecti+amente producir procesos oto8sicos o oto80umicos comola disociaci"n de enlaces.

De !d es!e an"lisis 9dems decir l si*#ien!e(

a/ Las 4olsas pl2sticas aditi+adas 1 no aditi+adas con pro8oidantesmantienen sus propiedades mec2nicas rente a la de*radaci"n de losa*entes medioam4ientales por un tiempo relati+amente amplio.


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4/ El aditi+o pro8oidante produce una ra*mentaci"n acelerada del materialcuando actan cantidades de radiaci"n U5 1o ener*a trmica suicientes.

c/ i 4ien la ra*mentaci"n es *enerada tanto por radiaci"n como por calor3 laeiciencia de la primera so4re la se*unda para iniciar reacciones

de*radati+as incluso en el material no aditi+ado puede compro4arse por laformacin de compuestos oxidados en los espectros IRde la 4olsa sinaditi+o epuesta a radiaci"n U53 mientras3 para un mismo inter+alo detiempo3 el espectro de NH epuesta solamente a de*radaci"n trmica noindica cam4io al*uno.

d/ La otode*radaci"n es un en"meno supericial. Durante la eposici"n aradiaci"n U53 sta de*rada las capas eteriores del material penetrando@acia el interior conorme a+an#a el proceso de*radati+o..

e/ En la intemperie3 la sedimentaci"n de la materia en partculas so4re lasupericie del material3 puede producir capas protectoras 0ue impidan elacceso del o*eno am4iental 1 disminu1an la a4sorci"n de radiaci"n solar3lo 0ue *enera resistencia a la iniciaci"n de reacciones de*radati+as.

VII2 3I3LIO


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Vides( Eplicaci"n de espectro IR

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Eplicaci"n de al*unos espectros inrarro!os

@ttps:===.1outu4e.com=atc@[+n?]^1

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