ESPECTROSCOPIA INFRARROJA.pptx

  • Published on
    22-Oct-2015

  • View
    52

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

<p>ESPECTROSCOPIA INFRARROJA</p> <p>ESPECTROSCOPIA INFRARROJA</p> <p>La regin infrarroja se encuentra entre las regiones del visible y de la microonda correspondiente al intervalo de 0.7 a 500 m o en nmero de onda 14286 a 20 cm-1 </p> <p>Es conveniente dividir el espectro infrarrojo en tres regiones denominadas:</p> <p>DENOMINACION INTERVALO NMERO DE ONDA (cm-1)INTERVALO LONGITUD DE ONDA (m)Infrarrojo cercano 14286 -4000 cm-10.7 a 2.5 mInfrarrojo medio4000-200 cm-12.5 a 50 mInfrarrojo lejano200-20 cm-150 a 500 m</p> <p>Su principal utilizacin ha sido la identificacin de compuestos orgnicos que por lo general presentan espectros complejos en el infrarrojo medio con numerosos mximos y mnimos que resultan tiles al efectuar comparaciones.En muchos casos el espectro de infrarrojo en la regin media de un compuesto orgnico proporciona una huella nica con unas caractersticas que se distinguen fcilmente de los modelos de absorcin del resto de los compuestos.</p> <p>Simetra de la molcula:El estudio de la simetra molecular es fundamental porque permite completar anlisis tericos y experimentales sobre la estructura de las molculas. Los principios bsicos de la simetra molecular se pueden aplicar en las teoras de qumica cuntica, espectroscopia molecular y otros estudios fsico-qumicos. Por tanto, la simetra es muy til en qumica porque permite: Predecir ciertas propiedades como actividad ptica, presencia de un momento dipolarPredecir el resultado de la interaccin con algn tipo de radiacin electromagntica, en particular, con la radiacin infrarroja mediante la espectroscopia. Describir el tipo de orbitales de la molcula, que son los responsables de los enlaces existentes en la molcula: teora de orbitales moleculares. </p> <p>Momento dipolar:La polaridad de una molcula se expresa mediante el momento dipolarCuando el centro de la carga positiva y la negativa no coinciden, la molcula es polar</p> <p>Cuando las dos cargas negativas coinciden con el centro de la carga positiva, es una molcula no polar, no tiene momento dipolar</p> <p>CAUSAS QUE ORIGINAN ABSORCION DE RADIACION INFRARROJA</p> <p>La energa de la radiacin debe coincidir con la diferencia de energa entre los estado excitado y el bsico de la molcula*. As la molcula absorbe energa radiante, aumentando la amplitud de la misma. Cuando la molcula regresa de su estado excitado a su estado normal la energa absorbida se libera en forma de calor.La vibracin molecular debe acompaarse por un cambio en el momento dipolar. </p> <p>*Las transiciones de estado bsico (v=0) al primer estado excitado (v=1) absorben intensamente la luz dando lugar a bandas espectrales fundamentales; las transiciones del estado bsico a un segundo estado excitado (v=2) absorben luz y originan bandas de sobretono dbiles.Donde v es el nmero cuntico vibracional, respecto a la energa vibracional, ya que esta es cuantificable.</p> <p>TIPOS DE VIBRACIONESExisten dos tipos de vibraciones fundamentales en las molculasStretching o estiramiento (alargamiento, tensin de extensin )Este tipo de vibracin supone un cambio continuo en la distancia interatmica a lo largo del eje de enlace de dos tomos. En grupos simtricos existen frecuencias de vibracin idnticas. En el estiramiento simtrico no hay cambio en el momento dipolar, se mueven a distancias iguales en direcciones opuestas, por lo tanto la vibracin no se detecta en el infrarrojo.En el estiramiento asimtrico si se presenta un momento dipolar dado que durante las vibraciones los centros donde se encuentran las cargas positivas y la negativa se mueven de tal manera que el centro elctrico se desplaza. </p> <p>Bending o deformacin (flexin)Se caracterizan por un cambio de ngulo de dos enlaces (la posicin de los tomos varia en relacin al eje de enlace original. Se pueden considerar cuatro tipos De tijera: dos tomos unidos a un tomo comn se mueve acercndose y alejndose uno del otroDe sacudida: Los tomos unidos al tomo comn se mueven alternativamente de un lado hacia otro en el plano perpendicular al plano de simetra de la molcula</p> <p>De oscilacin :Los tomos unidos al tomo comn se mueven alternativamente de un lado hacia otro en el plano de simetra de la molcula De torsin: Los tomos unidos al tomo comn se mueven alternativamente en dos direcciones alrededor del plano de simetra de la molcula.</p> <p>Factores que afectan A LAS BANDAS</p> <p>Factores que tienden a producir menos bandas de absorcinLa simetra de las molculas es tal que la vibracin no produce cambios en el dipolo Las energas de dos o mas vibraciones son idnticas o casi idnticasLa intensidad de absorcin es tan baja que no es detectable La energa vibracional se encuentra en una regin de longitudes de onda fuera del intervalo de trabajo del instrumento</p> <p> Factores que producen mas bandas de las esperadasBandas de sobretonoBandas de combinacin (cuando un fotn excita simultneamente dos modos de vibracin esta es la suma o la diferencia de las dos frecuencias fundamentales</p> <p>Por lo tanto una banda de absorcin infrarroja ser observada siSe presenta un cambio en el momento dipolar de la molcula durante la vibracinLa banda no coincide en frecuencia con alguna otra vibracin fundamental (los niveles de energa se degeneranLa absorcin queda dentro de la regin infrarroja La intensidad de absorcin es lo suficientemente intensa para ser detectada</p> <p>Clasificacin DE LOS ESPECTROFOTOMETROS DE INFRARROJOEspectrofotmetro infrarrojo dispersivo</p> <p>Los principales componentes de un espectrofotmetro de infrarrojo dispersivo son:La fuente de radiacinEl sistema dispersivodetectorFuente de radiacin</p> <p>La fuente globar:La fuente de luz GLOBAR se utiliza en espectrofotmetros infrarrojos.Contiene una varilla de carburo de silicio (seccin 2 en la fotografa), que emite luz infrarroja cuando se calienta. </p> <p>Bobina de niccrome:Espirales muy juntas que se llevan a incandescencia por medio de un calentamiento resistivo, en el alambre se forma un oxido negro que produce una e masividad aceptable, pudindose alcanzar temperaturas hasta de 1100c</p> <p>SISTEMA DISPERSIVOEsta es la parte del instrumento donde la luz policromatica emitida por la fuente es convertida en haces monocromticos y esta funcin se lleva a cabo por medio de un monocromador, auxiliada por una o mas rejillas de dispersin, la cual es una superficie uniformemente rayada, para poder efectuar la separacin, esta ser mas selectiva, mientras mayor sea el rayo de la misma </p> <p>DETECTORLos detectores que comnmente se utilizan convierten una seal incidente en una seal elctrica proporcional dicha radiacin es una seal alterna que es amplificada y medida </p> <p>Los tres detectores mas empleados, en la construccin de espectrofotmetros de infrarrojos comerciales sonEl bolmetroEl termopar El detector neumtico de golay Espectrofotmetro infrarrojo de transformada de FOURIER FTIR</p> <p>Es llamado as por que en lugar de dispersar la luz utiliza un interfermetro del que se obtiene una seal llamada interferograma y que por medio de una computadora utilizada como herramienta, procesa las ecuaciones de transformada de FOURIER </p> <p>COMPONENTES PRINCIPALES DE UN FTIR</p> <p>FUENTE DE RADIACIONINTERFEROMETRODETECTORESSISTEMA DE PROCESAMIENTO DE DATOS</p> <p>FUENTE DE RADIACIONEste tipo de instrumentos utilizan las mismas fuentes de radiacin que los espectofototometros dispersivos</p> <p>INTERFEROMETROInterfermetro de Michelson</p> <p>INTERFEROMETRO DE PENDULO</p> <p>La diferencia se da en el paso ptico es generada cuando hay una rotacin de dos espejos paralelos para trabajar con una resolucin de 4cm-1 solamente es necesario una rotacin de tres grados </p> <p>GENERACION DEL INTERFEROGRAMA</p> <p>se genera graficando la seal del detector como una funcin de la diferencia de la trayectoria entre los dos haces, la seal debe ser muestreada a intervalos precisos que corresponden a pasos iguales en la diferencia de la trayectoria</p> <p>DETECTORESConstruidos con lminas cristalinas de materiales piroelctricos que son aislantes y tienen propiedades trmicas y elctricas especiales. </p> <p>Detectores piroelctricosPoseen tiempos de respuesta lo suficientemente rpidos como para seguir las variaciones en la seal de un interfermetro.Es por esto que se prefiere este tipo de detector. </p> <p>FuncionamientoSe coloca el cristal entre las placas de dos electrodos. Se produce una capacitancia que depende de la temperatura. Incide la radiacin cambia temperatura y altera la distribucin de la carga en el cristal. Sulfuro de PlomoSe utiliza para la regin de IR de 10000 a 333 cm-1 y funcionan a temperatura ambiente.</p> <p>Telurio Cadmio y Mercurio Se utiliza para la regin media y lejana. Las longitudes de onda de corte dependen de la relacin Hg/Cd, que se puede modificar constantemente. </p> <p>Tantalato de Litio Exhibe una dependiente polarizacin elctrica. Los dipolos estn alineados para no producir carga en los electrodos. Pero cuando se produce un cambio de temperatura se genera corriente para balancear la carga con respecto a la temperatura. </p> <p>Sistema de procesamiento de datosDebe tener la capacidad de aplicar una serie de manipulaciones matemticas como la Transformada de Fourier, correccin de fase, etc. </p> <p>Ventajas del espectrofotmetro FTIRVentajas de FellgettVentaja de JacquinotVentaja de ConnesResolucin constanteNo hay discontinuidadVelocidadManejo de muestrasVara segn su naturaleza, la habilidad del espectroscopista, disponibilidad de material, accesorios, reactivos, etc. Se deben conocer sus propiedades fsicas y qumicas, adems de alguna caracterstica adicional como temperatura de fusin, solubilidad, reactividad qumica, interacciones de matriz. Tcnicas para muestras slidas</p> <p>PastillasUniformidad de dispersinLibre de humedadLa presin vara dependiendo de la dureza de la muestraLa tcnica requiere que la muestra se encuentre totalmente seca y finamente molida, ya que se mezclar con polvo de NaCl o KBr, para lograr comprimir la mezcla, obteniendo una pastilla transparenteReactividad qumica de la muestra bajo presinSlidos fundidosSe prepara una masa fundida sobre cristales de KBrEl espesor de la pelcula ser de acuerdo a la intensidad de las bandas que ofrezcan una buena resolucin.Para slidos que fundan a bajas temperaturas </p> <p>PelculaSe elabora una pelcula de slidos utilizando un disolvente de alta volatilidad sobre lminas pulidas de algn material que no interfiera con la muestra o disolvente.Polmeros (PET) se analizan en prensado caliente. </p> <p>PirolizadosSe recurre al calentamiento riguroso del material y se analiza el producto que es un condensado o pirolizado </p> <p>Suspensin</p> <p>Polvos o slidos reducidos a partculas pequeas (pulverizar)Aadir gotas del compuesto que formar la solucin y homogenizarCon una esptula colocarla un poco en una ventana de KBr o NaCl reforzando con otraComprimir la ventana para formar una pelicula muy delgada </p> <p>DisolucinLa muestra debe ser disuelta por un solvente no polar (dependiendo de la solubilidad del compuesto y la celda disponible).Utiliza celdas selladas con ventanas de diversos materiales (NaCl, KBr, AgCl, etc.)El llenado de la celda debe ser en su totalidad, cuidando que no existan burbujas.Se recomienda utilizar espesores de celda muy pequeos (0.01 mm, 0.015mm, 0.35mm, 1mm), para as tener ms cantidad de muestra que de disolvente.</p> <p>MUESTRAS LQUIDAS:</p> <p>PelculaUna gran gota del compuesto puro se coloca entre dos ventanas (NaCl, KBr) haciendo una fuerte presin para que quede una pelcula delgada y se coloca en un soportePara polmeros, resinas y slidos amorfos; deber disolverse con disolventes no polares colocando varias gotas y posteriormente esperar a que sequeTambin pueden analizarse lquidos voltiles o sustancias con viscosidades bajas, pero para esto se utilizaran celdas selladasDisolucinLa muestra debe ser disuelta por un solvente no polar (dependiendo de la solubilidad del compuesto y la celda disponible).Utiliza celdas selladas con ventanas de diversos materiales (NaCl, KBr, AgCl, etc.)El llenado de la celda debe ser en su totalidad.Se recomienda utilizar espesores de celda muy pequeos (0.01 mm, 0.015mm, 0.35mn, 1mn), para as tener ms cantidad de muestra que de disolvente.</p> <p>NujolPolvos o slidos reducidos a partculas pequeas (pasta delgada)Para la formacin de la pasta se aaden gotas del compuesto que formar la solucin (aceite mineral, perfluorokeroseno, cloroflurocarbono y hexaclorobutadieno) homogenizndolaEs importante que las partculas del slido sean menor a la longitud de onda del haz del infrarrojo</p> <p>Espectroscopia infrarroja de reflexin interna Tcnica que permite la obtencin de espectros de infrarrojo de muestras que presentan alguna dificultad (slidos de limitada solubilidad, pelculas fibras, pastas, adhesivo y polvos)El haz al pasar de un medio muy denso a otro menos denso produce reflexin.La fraccin del haz que se refleja es mayor a medida que aumenta el ngulo de incidencia.Refractancia total atenuada ATRLa muestra se coloca en las caras opuestas de un material cristalino (Bromuro de talio, yoduro de talio)Ajuste de ngulo de incidencia, mltiples reflexiones internas (30, 45 o 60).Colocacin del accesorio en el equipo (zona de celdas).Los espectros de refractancia son similares pero idnticos a los de absorcin comn.Intensidades relativasLa absorbancia depende del nguloIndependencia del espesor de la muestraSin mucha preparacin se obtienen con facilidadObtencin del espectrogramaBuena resolucinPresentar los siguientes datos: Solvente Material y espesor de las celdas Concentracin Tcnica de Tratamiento de la muestra Condiciones del Instrumento. Dividir el espectro en 2 regionescm-140001300400REGION DE LOS GRUPOS FUNCIONALESREGION DE LA HUELLA DIGITALBandas InternasBandas menos intensasVibraciones de alargamientoVibraciones de deformacinMenos numerosasMas numerosasEstrechasAnchasMenos TraslapadasMas traslapadas Fciles de InterpretarDifciles de Interpretar [PRIMERO][SEGUNDO]2.57.72.5mIniciar la interpretacin de izquierda a derecha especificando frecuencia, vibracin y grupo funcional.Proponer la las posibles estructuras.Completar el anlisis con los datos de tcnicas auxiliares.Las estructuras probables (2 o 3) se comparan con los espectros patrn.</p> <p>REGION ESPECTRALEnlace que causa la absorcinLongitud de Onda-micrmetrosNumero de onda (cm-1 )2.7-3.33750-3000O-H, N-H. alargamiento3.0-3.43300-3000(C-H alargamiento)C=C-H, &gt;C=C</p>