Espectroscopia infrarrojaEste artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas.Puedes añadirlas así o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Espectroscopia infrarroja}} ~~~~

Espectroscopia infrarroja (Espectroscopia IR) es la rama de la espectroscopia que trata con la

parte infrarroja del espectro electromagnético. Esta cubre un conjunto de técnicas, siendo la más

común una forma de espectroscopia de absorción. Así como otras técnicas espectroscópicas, puede

usarse para identificar un compuesto e investigar la composición de una muestra. Esta se puede

dividir según el tipo de la radiación que se analiza, en:

Espectroscopia del Infrarrojo cercano [1]

Espectroscopia del infrarrojo medio

Espectroscopia del infrarrojo lejano

Índice

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1   Historia

2   Teoría

3   Preparación de la muestra

4   Resumen de absorciones de enlaces en moléculas orgánicas

5   Usos y aplicaciones

6   Enlaces externos

Historia [editar]

Los primeros equipos comerciales aparecieron a mediados del siglo XX, habiéndose impulsado su

desarrollo durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se utilizó para la síntesis de caucho

sintético (empleado en el control de la concentración y pureza del butadieno empleado en la síntesis

del polímero).

En la última década del siglo XX aparecieron en el mercado los espectrómetros de transformada de

Fourier, ampliando las posibilidades de esta técnica. (ver Espectrofotómetro de transformada de

Fourier).

Teoría [editar]

La porción infrarroja del espectro electromagnético se divide en tres regiones; el infrarrojo cercano,

medio y lejano, así nombrados por su relación con el espectro visible. El infrarrojo lejano

(aproximadamente 400-10 cm -1 ) se encuentra adyacente a la región de microondas, posee una baja

energía y puede ser usado en espectroscopia rotacional. El infrarrojo medio (aproximadamente

4000-400 cm-1) puede ser usado para estudiar las vibraciones fundamentales y la

estructura rotacional vibracional, mientras que el infrarrojo cercano (14000-4000 cm-1) puede

excitar sobretonos o vibraciones armónicas.

La espectroscopia infrarroja se basa en el hecho de que las moléculas tienen frecuencias a las

cuales rotan y vibran, es decir, los movimientos de rotación y vibración moleculares tienen niveles de

energía discretos (modos normales vibracionales). Las frecuencias resonantes o frecuencias

vibracionales son determinados por la forma de las superficies de energía potencial molecular, las

masas de los átomos y, eventualmente por el acoplamiento vibrónicoasociado. Para que un modo

vibracional en una molécula sea activa al IR, debe estar asociada con cambios en el dipolo

permanente. En particular, en las aproximaciones de Born-Oppenheimer y armónicas, i.e. cuando

el Hamiltoniano molecular  correspondiente al estado electrónico puede ser aproximado por

un oscilador armónico en la vecindad de la geometría molecular de equilibrio, las frecuencias

resonantes son determinadas por los modos normalescorrespondientes a la superficie de energía

potencial del estado electrónico de la molécula. Sin embargo, las frecuencias resonantes pueden

estar en una primera aproximación relacionadas con la fuerza del enlace, y la masa de los átomos a

cada lado del mismo. Así, la frecuencia de las vibraciones pueden ser asociadas con un tipo

particular de enlace.

Las moléculas diatómicas simples tienen solamente un enlace, el cual se puede estirar. Moléculas

más complejas pueden tener muchos enlaces, y las vibraciones pueden ser conjugadas, llevando a

absorciones en el infrarrojo a frecuencias características que pueden relacionarse a grupos

químicos. Los átomos en un grupo CH2, encontrado comúnmente en compuestos

orgánicos pueden vibrar de seis formas distintas, estiramientos simétricos y asimétricos, flexiones

simétricas y asimétricas en el plano (scissoring o tijereteo y rocking o balanceo, respectivamente),

y flexiones simétricas y asimétricas fuera del plano (wagging o aleteo y twisting o torsión,

respectivamente); como se muestra a continuación:

estiramiento simétrico (νs) scissoring o tijereteo (δ) wagging o aleteo (ω)

estiramiento asimétrico (νas) rocking o balanceo (ρ) twisting o torsión (τ)

Para medir una muestra, un rayo de luz infrarroja atraviesa la muestra. Cuando la frecuencia de

excitación de un enlace (o grupo de enlaces) coincide con alguna de las frecuencias incluidas en las

ondas componentes del rayo, se produce absorción. Lo que se va a registrar es la cantidad de

energía absorbida en cada longitud de onda. Esto puede lograrse escaneando el espectro con un

rayo monocromático, el cual cambia de longitud de onda a través del tiempo, o usando

una transformada de Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez. A partir de esto, se

puede trazar un espectro de transmitancia o absorbancia, el cual muestra a cuales longitudes de

onda la muestra absorbe el IR, y permite una interpretación de qué enlaces están presentes.

Esta técnica funciona exclusivamente con enlaces covalentes, y como tal es de gran utilidad

en química orgánica. Espectros nítidos se obtienen de muestras con pocos enlaces activos al IR y

altos niveles de pureza. Estructuras moleculares más complejas llevan a más bandas de absorción y

a un espectro más complejo. Sin embargo esta técnica se ha podido utilizar para la caracterización

de mezclas muy complejas

Preparación de la muestra [editar]

Las muestras gaseosas requieren poca preparación más allá de su purificación, pero se usa una

celda de muestra con una larga longitud de celda (usualmente 5-10 cm) pues los gases muestran

absorbancias relativamente débiles.

Las muestras líquidas se pueden disponer entre dos placas de una sal de alta pureza

(comúnmente cloruro de sodio, o sal común, aunque también se utilizan otras sales tales

como bromuro de potasio o fluoruro de calcio. Las placas son transparentes a la luz infrarroja y no

introducirán líneas en el espectro. Algunas placas de sal son altamente solubles en agua, y así la

muestra, agentes de lavado y similares deben estar completamente anhidros (sin agua).

Las muestras sólidas se pueden preparar principalmente de dos maneras. La primera es moler la

muestra con un agente aglomerante para formar una suspensión (usualmente nujol) en un mortero

de mármol o ágata. Una fina película de suspensión se aplica sobre una placa de sal y se realiza la

medición.

El segundo método es triturar una cantidad de la mezcla con una sal especialmente purificada

(usualmente bromuro de potasio) finamente (para remover efectos dispersores de los cristales

grandes). Esta mezcla en polvo se comprime en una prensa de troquel mecánica para formar una

pastilla translúcida a través de la cual puede pasar el rayo de luz del espectrómetro.

Es importante destacar que los espectros obtenidos a partir de preparaciones distintas de la muestra

se verán ligeramente distintos entre sí debido a los diferentes estados físicos en los que se

encuentra la muestra y a que en algunos casos los agentes aglomerantes también absorben en IR

mostrando bandas características.

Resumen de absorciones de enlaces en moléculas orgánicas [editar]

Artículo principal: Tabla de correlaciones en espectroscopia infrarroja.

Las absorciones se expresan en cm -1 .

Usos y aplicaciones [editar]

La espectroscopia infrarroja es ampliamente usada en investigación y en la industria como una

simple y confiable práctica para realizar mediciones, control de calidad y mediciones dinámicas. Los

instrumentos son en la actualidad pequeños y pueden transportarse fácilmente, incluso en su uso

para ensayos en terreno. Con una tecnología de filtración y manipulación de resultados en agua, las

muestras en solución pueden ser medidas con precisión (el agua produce una absorbancia amplia a

lo largo del rango de interés, volviendo al espectro ilegible sin este tratamiento computacional).

Algunas máquinas indican automáticamente cuál es la sustancia que está siendo medida a partir de

miles de espectros de referencia almacenados.

Al medir a una frecuencia específica a lo largo del tiempo, se pueden medir cambios en el carácter o

la cantidad de un enlace particular. Esto es especialmente útil para medir el grado de polimerización

en la manufactura de polímeros. Las máquinas modernas de investigación pueden tomar

mediciones infrarrojas a lo largo de todo el rango de interés con una frecuencia de hasta 32 veces

por segundo. Esto puede realizarse mientras se realizan mediciones simultáneas usando otras

técnicas. Esto hace que la observación de reacciones químicas y procesos sea más rápida y

precisa.

Enlaces externos 

Espectrometría infrarroja

La espectrometría de infrarrojos (espectroscopia IV) es un tipo de espectrometría de absorción que utiliza la región infrarroja del espectro electromagnético. Como las demás técnicas espectroscópicas, puede ser utilizada para identificar un compuesto o investigar la composición de una muestra.

La espectrometría infrarroja se basa en el hecho de que los enlaces químicos de las sustancias tienen frecuencias de vibración específicas, que corresponden a los niveles de energía de la molécula. Estas frecuencias dependen de la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, la geometría molecular, las masas atómicas y, posiblemente, el acoplamiento vibracional.

Si la molécula recibe luz con la misma energía de esa vibración, entonces la luz será absorbida si se dan ciertas condiciones. Para que una vibración aparezca en el espectro infrarrojo, la molécula debe someterse a un cambio en su momento dipolar durante la vibración. En particular, una aproximación de Born-Oppenheimer y aproximaciones armónicas; es decir, cuando el hamiltoniano molecular correspondiente al estado electrónico estándar puede ser aproximado por un oscilador armónico cuántico en las cercanías de la geometría molecular de equilibrio, las frecuencias vibracionales de resonancia son determinadas por los modos normales correspondientes a la superficie de energía potencial del estado electrónico estándar. No obstante, las frecuencias de resonancia pueden estar, en una primera aproximación, en relación con la longitud del enlace y las masas de los átomos en cada extremo del mismo. Los enlaces pueden vibrar de seis maneras: estiramiento simétrico, estiramiento asimétrico, tijeras, rotación, giro y wag.

Con el fin de hacer medidas en una muestra, se transmite un rayo monocromo de luz infrarroja a través de la muestra, y se registra la cantidad de energía absorbida. Repitiendo esta operación en un rango de longitudes de onda de interés (por lo general, 4000-400 cm-1) se puede construir un gráfico. Al examinar el gráfico de una sustancia, un usuario experimentado puede obtener información sobre la misma.

Esta técnica funciona casi exclusivamente en enlaces covalentes, y se usa mucho en química, en especial en química orgánica. Se pueden generar gráficos bien resueltos con muestras de una sola sustancia de gran pureza. Sin embargo, la técnica se utiliza habitualmente para la identificación de mezclas complejas.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Las muestras líquidas pueden ser prensadas entre dos planchas de una sal de alta pureza (como el cloruro de sodio). Estas placas deben ser transparentes a la luz infrarroja para no introducir ninguna línea en el espectro de la muestra. Las placas obviamente son solubles en agua, por lo que la muestra, los reactivos de lavado y el medio deben ser anhidros (es decir, sin agua).

Las muestras sólidas se preparan mezclando una cierta cantidad de muestra con una sal altamente purificada (por lo general bromuro de potasio). Esta mezcla se tritura y se prensa con el fin de formar una pastilla por la que pueda pasar la luz. La pastilla necesita ser prensada a altas presiones para asegurar que sea translúcida, pero esto no puede lograrse sin un equipo adecuado (por ejemplo, una prensa hidráulica). Al igual que el cloruro de sodio, el bromuro de potasio no absorbe la radiación infrarroja, por lo que las únicas líneas espectrales provendrán del analito.

MÉTODO TÍPICO

Un haz de luz infrarroja es generado y dividido en dos rayos. Uno pasa por la muestra, y el otro por una referencia que suele ser la sustancia en la que está disuelta o mezclada la muestra. Ambos haces se reflejan de vuelta al detector, pero primero pasan a través del separador, que alterna rápidamente cuál de los dos rayos entra en el detector. Las dos señales se comparan y, a continuación, se registran los datos.

Hay dos razones por las que se utiliza una referencia:

* Evita que las fluctuaciones de energía eléctrica de la fuente afecten a los resultados finales, ya que tanto la muestra como la referencia se ven afectadas del mismo modo. Por esa misma razón, también impide la influencia de variaciones sobre el resultado final, debido al hecho de que

la fuente no necesariamente emite la misma intensidad de luz para todas las longitudes de onda* Permite que los efectos del disolvente se anulen, porque la referencia es normalmente la forma pura del disolvente en el que se encuentra. 

USOS Y APLICACIONES

La espectrometría infrarroja se utiliza ampliamente tanto en la industria como en la investigación científica, porque es una técnica rápida y fiable para medidas, control de calidad y análisis dinámicos. Los instrumentos actuales son pequeños y pueden ser transportados, incluso para tomar medidas de campo. Con los avances en tecnología de filtrado computacional y la manipulación de los resultados, se pueden medir con precisión las muestras en una solución (el agua produce una banda larga de absorbancia en el rango de interés, lo que daría un espectro ilegible sin dicho tratamiento computacional). Algunas máquinas incluso dicen automáticamente qué sustancia está siendo analizada a través de miles de espectros de referencia almacenados en la memoria.

Haciendo medidas a una frecuencia específica a través del tiempo, se pueden seguir los cambios en la naturaleza o la cantidad de un enlace en particular, lo que es especialmente útil para medir el grado de polimerización en la fabricación de polímeros. Las máquinas modernas pueden medir en el rango de interés con gran frecuencia, como 32 veces por segundo. Esto se puede hacer mientras se toman medidas simultáneas con otras técnicas. Así las observaciones de reacciones químicas son procesadas con mayor rapidez, y de forma más precisa y exacta.

ESPECTROMETRÍA DE INFRARROJOS POR TRANSFORMADA DE FOURIER

La espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIV) es una técnica de análisis para obtener el espectro infrarrojo con mayor rapidez. En lugar de registrar los datos variando la frecuencia de luz infrarroja monocromática, se guía la luz IV (con todas las longitudes de onda de pista utilizada) a través de un interferómetro. Después de pasar por la muestra, la señal medida da el interferograma. La realización de una transformada de Fourier de la señal produce un espectro idéntico al de la espectrometría infrarroja convencional (dispersiva).

Los espectrofotómetros FTIV son más baratos que los convencionales, porque es más simple construir un interferómetro que un monocromador. Además, la medida de un solo espectro es mucho más rápida en esta técnica, debido a que la información de todas las frecuencias se toman al mismo tiempo. Esto permite hacer múltiples lecturas de una sola muestra y obtener un promedio, lo que aumenta la sensibilidad del análisis. Debido a sus múltiples ventajas, casi todos los modernos espectrofotómetros de infrarrojos son FTIV. http://www.espectrometria.com/espectrometra_infrarrojahttp://www.espectrometria.com/espectrometra_infrarroja

http://www.espectrometria.com/espectrometra_infrarroja

http://sistemas.fciencias.unam.mx/~fam/Infrarroja.pdfhttp://www.uhv.es/sites/pecas/doc/poster_infrarojo.pdf