Infrarrojo

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Infrarrojo

• Equipo 2
• Iris
• Yizuael
• Oscar

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Infrarrojo

• Comprendida entre el espectro visible y las
  microondas.
• Calor o radiación termica
•  Longitudes de onda entre 1 milímetro y 750
  nanometros.
• Oscila con frecuencias entre 300 gigahertz y 400
  terahertz.

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• Sir William Herschel 1800
• 1881 Abney y Festing

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Fundamento

• 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.
• Los espectrometros infrarrojos son una de las
  herramientas mas importantes para observar
  espectros vibracionales. Las caracteristicas
  mas relevantes de esta espectroscopia son las
  siguientes
• 1. Si dos moleculas estan constituidas por
  atomos distintos, o tienen distinta
  distribucion isotopica, o configuracion, o se
  encuentran en ambientes distintos, los espectros
  infrarrojos seran distintos.
• 2. Una sustancia definida puede identificarse por
  su espectro infrarrojo. Estos espectros pueden
  ser considerados como las huellas digitales de
  dicha sustancia.

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• 3. Los espectros muestran bandas que son tipicas
  de grupos funcionales particulares y que tienen
  localizaciones e intensidades especificas dentro
  de los espectros infrarrojos.
• 4. A partir de los espectros se pueden inferir
  las estructuras moleculares. Para ello se
  requiere un modelo en el cual basar los
  calculos.
• 5. Las intensidades en las bandas del espectro de
  una mezcla, son generalmente proporcionales a las
  concentraciones de las componentes individuales.
  Por lo tanto, es posible determinar la
  concentracion de una sustancia y realizar
  analisis de muestras con varias componentes.
• 6. Es posible, mediante el uso de dispositivos
  experimentales adecuados, obtener espectros
  infrarrojos sin alteracion de la muestra, lo que
  constituye a esta espectroscopia como una
  herramienta de analisis no destructiva.
• 7. El tiempo necesario para obtener y almacenar
  un espectro infrarrojo es del orden de minutos.

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IR lejano.

• 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 espectroscopía rotacional.

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IR medio.

• El infrarrojo medio (aproximadamente
  4000-400 cm-1) puede ser usado para estudiar las
  vibraciones fundamentales y la estructura
  rotacional vibracional.

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IR cercano.

• El infrarrojo cercano (14000-4000 cm-1) puede
  excitar sobretonos o vibraciones armónicas.

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Como funciona el IR.

• Funciona porque los enlaces químicos tienen
  frecuencias específicas a las cuales vibran
  correspondientes a niveles de energía.

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Fundamento
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• Para el análisis cualitativo el espectro
  infrarrojo se divide en dos partes
• La región de ? 4000 a 2500 cm -1 es la región
  de grupo y la de 2500 a 200 cm -1 es la región
  de huella digital.

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Condiciones para los espectros vibracionales.

• 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.
• 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
  normales correspondientes 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.

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• Los movimientos vibracionales de una molecula
  poliatomica pueden parecer complejos e
  irregulares. Sin embargo existen vibraciones
  basicas que llevan a la molecula a oscilaciones
  periodicas en las cuales todos sus nucleos se
  mueven en fase, es decir, todos ellos pasan por
  su posicion de equilibrio (y tambien por su
  posicion de maximo desplazamiento) al mismo
  tiempo. Estas oscilaciones periodicas son
  llamadas modos normales de vibracion. Cualquier
  vibracion arbitraria de la molecula puede ser
  descrita por una superposicion de los modos
  normales.

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Degeneración

• Existen degeneraciones en el sistema cuando se
  trabaja con una mezcla o un reactivo contaminado,
  debido a que al hacer el barrido de la muestra
  esta va a estar alterada al observar los picos de
  absorción con una longitud de onda muy gruesa o
  con picos no bien definidos y muy juntos, los
  cuales nos indicaran que el sistema esta alterado.

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Relación entre fuerza de enlace y masa reducida

• k es la constante de fuerza del enlace y u es la
  masa reducida del sistema.
• ? (1/2p)vk/mA    (ec. 1)
• ? (1/2p)vk/u    (ec. 2)

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Región de huellas digitales

• Los espectros de IR se componen de dos regiones
  por encima de 1500 cm-1 se encuentran las bandas
  de absorción asignables a grupos agrupamientos
  funcionales aislados, mientras que la región por
  debajo de 1500 cm-1 contiene muchas bandas que
  caracterizan a la molécula como tal. Esta zona
  del espectro se denomina Región de la huella
  dactilar.
• La utilización de la zona de la huella dactilar
  en la determinación estructural de una sustancia
  por comparación con una muestra autentica es por
  lo general mas fiable que, por ejemplo, la
  realización del punto de fusión mixto o una
  comparación por cromatografia en capa fina.
• Las bandas que se encuentran en la región de la
  huella dactilar y que corresponden a grupos
  funcionales, se pueden utilizar en la asignación
  sin embargo, estas asignaciones solo se pueden
  considerar como una ayuda en el proceso de
  identificación, pero en ningún caso como una
  prueba concluyente

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Espectroscopia de reflectancia interna

• Esta técnica se utiliza en muestras que son
  difíciles de analizar por transmisión, bien por
  la manipulación, bien por las características del
  producto. Las muestras son analizadas
  generalmente sin modificación.
• Reflectancia interna, donde las medidas se
  realizan utilizando un elemento ATR en contacto
  con la muestra

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ATR (Attenuated Total Reflection)

• La espectroscopia de infrarrojo empleando la
  técnica de ATR se utiliza para el análisis
  superficial de los materiales. También sirve para
  caracterizar materiales muy concentrados o que
  absorben fuertemente como para ser analizados
  mediante espectroscopia de transmisión. Para
  estos materiales no se requiere una preparación
  previa de la muestra para el análisis por ATR, se
  coloca directamente la muestra pulverizada o en
  película.

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• Para esta espectroscopia, la radiacion IR se
  pasa a traves de un cristal que tenga un alto
  indice de refraccion, permitiendo asi que la
  radiacion se refleje dentro del elemento de ATR
  varias veces.

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La muestra está en los contenedores de acero a
ambos lados del cristal de color rosa.
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Aplicaciones

• Aplicable a los mismos sistemas químicos o
  biológicos, como el método de transmisión.
• Una de las ventajas de ATR-IR sobre la
  transmisión-IR, se limita la longitud del camino
  en la muestra. Esto evita el problema de la
  fuerte atenuación de la señal de IR en los medios
  de comunicación altamente absorbentes, tales como
  soluciones acuosas.
• Recientemente, el ATR-IR se ha aplicado a
  microfluidos flujos de soluciones acuosas por
  microrreactores ingeniería construida en las
  aberturas de cristal ATR, lo que permite el flujo
  en microcanales para pasar a través de la
  superficie del cristal para la caracterización.
• La capacidad de caracterizar las muestras de
  forma pasiva, sin preparación de la muestra ha
  llevado también a la utilización de ATR-FTIR en
  el estudio de rastros de evidencia en la ciencia
  forense .

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Tipos de vibraciones

• Tensión
• Flexión

http//youtu.be/fOTCJxWmdks
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Ejemplos de vibración
Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil
Tipo de vibración Tipo de vibración Frecuencia (cm-1) Intensidad
C-H Alcanos (tensión) 3000-2850 f
C-H -CH3 (flexión) 1450 y 1375 m
C-H -CH2- (flexión) 1465 m
C-H Alquenos (tensión) 3100-3000 m
C-H Alquenos (fuera del plano de flexión) 1000-650 f
C-H Aromáticos (tensión) 3150-3050 f
C-H Aromáticos (fuera del plano de flexión) 900-690 f
C-H Alquino (tensión) ca. 3300 f
N-H Aminas y amidas primarias y secundarias (tensión) 3500-3100 m
N-H Aminas y amidas primarias y secundaria (flexión) 1640-1550 m-f
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Equipo
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Fuentes

• Solidos inertes calientes a 1000 a 1800C, una
  temperatura a la cual la salida máxima radiane
  ocurre de 1.5 a 1.9 mm.
• Dilamento de Nerst
• Globar
• Cintas o espirales de niquel
• Laser

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• Lentes, espejos?División del haz de luz
• Celdas?Dependen de la muestra
• Fotómetro ?Combinación de haces
• Elemento dispersivo / Monocromador?Filtro,
  intervalo estrecho de onda, radiación de interes.

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Detectores

• Térmicos? Termopar? Bolómetro? Piroeléctricos
• Selectivos? Celda fotoconductora

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Interferograma

• Interferómetro de Michelson

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Transformada de Fourier
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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MUESTRAS SOLIDAS
pueden ser suspendidos en un medio trasparente
apropiado formando una mezcla de dos fases. Una
característica importante es que el tamaño de
partícula del sólido suspendido debe ser menor
que la longitud de onda de la radiación ya que si
no se cumple esta condición se pierde parte de la
radiación por dispersión. La tecnica mas comun
Técnica del Amasado. Consiste en triturar
finamente de 2 a 5 mgrs. de la muestra en estudio
(tamaño de partícula menor de 2m), colocar en un
portaobjetos una cantidad mínima de estos
cristales y agregar de 1 o 2 gotas de aceite
pesado de hidrocarburo
Lo que hace el aceite es bloquear la refracción
de los cristales de la muestra.
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MUESTRAS LIQUIDAS
ofrece ventajas como la reproductividad de los
datos, y además, eligiendo bien la concentración
y la longitud de la celda puede hacerse clara y
evidente la forma y estructura de las bandas que
aparecen en el espectro de absorción y que son de
mayor importancia.
disolventes usados se encuentran acetona,
acetonitrilo, benceno, ciclohexano
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Regiones de infrarrojo
La porción infrarroja del espectro
electromagnético se divide en tres regiones
Una parte del espectro electromagnético que se
extiende desde 0.8 a 1000mm (que corresponde al
número de onda comprendidos entre los 12800 y los
10 cm-1), se considera como la región del
infrarrojo la cual está dividida en tres regiones
llamadas a).- I.R. Cercano b).- I.R. Fundamental
ó Medio c).- I.R. Lejano
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Regiones de infrarrojo
I.R. Cercano La región espectral del infrarrojo
cercano (NIR) se extiende desde el extremo de las
longitudes más altas del visible (alrededor de
780?m) hasta los 3000?m (13 000 cm-1 hasta 3300
cm-1)
Los enlaces implicados por lo general son º C-H
º N-H º O-H
I.R. Fundamental ó Medio Esta región esta
dividida en la región de frecuencia de grupos
(2.5- 8µm), y la región de huellas dactilares
(8-15.4µm)
I.R. Lejano La región entre 15 A 1000µm contiene
las vibraciones de flexión de Carbono, Nitrógeno,
Oxígeno, y Flúor con masa superior a 19
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bandas de absorción fuerte media y débil
la región infrarroja contiene muchas bandas de
absorción significativas que no son debidas a los
modos fundamentales de tensión o de flexión.
La intensidad de una banda de absorción no puede
expresarse como una constante única como
ocurriría en la espectroscopia. las intensidades
de la bandas de absorción se clasifican en
fuertes medias y débiles. El valor diagnostico
desde el punto de vista estructural de bandas
viene indicado como de gran utilidad, utilidad
limitada y sin uso practico.
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tablas con grupos funcionales y numero de
onda Absorciones características de los grupos
funcionales.
La espectroscopia infrarroja se emplea
fundamentalmente en Química Orgánica como método
para la asignación funcional. La siguiente tabla
muestra una lista de las bandas de absorción
características para los grupos funcionales más
comunes.
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Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil Frecuencias características de grupos orgánicos poliatómicosf fuerte, m medio, d débil
Tipo de vibración Tipo de vibración Frecuencia (cm-1) Intensidad
C-H Alcanos (tensión) 3000-2850 F
C-H -CH3 (flexión) 1450 y 1375 M
C-H -CH2- (flexión) 1465 M
C-H Alquenos (tensión) 3100-3000 M
C-H Alquenos (fuera del plano de flexión) 1000-650 F
C-H Aromáticos (tensión) 3150-3050 F
C-H Aromáticos (fuera del plano de flexión) 900-690 F
C-H Alquino (tensión) ca. 3300 F
C-H Aldehídos 2900-2800 D
C-H Aldehídos 2800-2700 D
C-C Alquenos No interpretable  
CC Alqueno 1680-1600 m-d
CC Aromáticos 1600 y 1475 m-d
CºC Alquino 2250-2100 m-d
CC Aldehído 1740-1720 F
CC Cetona 1725-1705 F
CC Ácidos carboxílicos 1725-1700 F
CC Éster 1750-1730 f
CC Amida 1670-1640 f
CC Anhídridos 1810 y 1760 f
CC Cloruro ácido 1800 f
C-C Alcoholes, éteres, ésteres ácidos carboxílicos, anhídridos 1300-1000 f
O-H Alcoholes, fenoles Libre 3650-3600 m
O-H Alcoholes, enlace H 3500-3200 m
O-H Ácidos carboxílicos 3400-2400 m
N-H Aminas y amidas primarias y secundarias (tensión) 3500-3100 m
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El número de onda
Es una magnitud de frecuencia que indica el
número de veces que vibra una onda en una unidad
de distancia, Esta magnitud se define como la
inversa de la longitud de onda
donde ? es la longitud de la onda en el medio.
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APLICACIONES DEL I.R..-
En la industria farmacéutica, en la síntesis
orgánica, control de calidad, tautomerismo
(Cis-Trans), determinación de ácido mirístico,
clorhidrato de anilina, polímeros, entre otros.