Usos de la espectroscopia infrarroja

La absorción de radiación infrarroja produce cambios en las vibraciones moleculares, por lo que al estudiar la espectroscopia infrarroja, estamos observando las formas en que vibran los enlaces en las moléculas (vea el video en la sección anterior).

El tamaño del átomo, la longitud de enlace y la fuerza varían en moléculas, por lo que la frecuencia a la que un enlace particular absorbe la radiación infrarroja será diferente en una gama de enlaces y modos de vibración. La medición de la absorción de radiación infrarroja por un material proporciona información muy útil sobre la estructura.

Dado que no hay dos compuestos orgánicos que tengan el mismo espectro IR, un compuesto puede identificarse con certeza comparando su espectro con el de un compuesto puro conocido. Si son idénticos, entonces son uno y el mismo.

El espectro electromagnético cubre una gama muy amplia de longitudes de onda, por lo que se utilizan diferentes unidades en diferentes regiones.

Para longitudes de onda muy cortas, se prefieren nanómetros (1 nm = 10-9 m).

En la región infrarroja, las longitudes de onda se pueden expresar en micras (μ).Los números de onda son el número de ondas por cm y a menudo se conocen como centímetros recíprocos (cm-1):

En un espectro típico, una absorción C – H se produce a 3000 cm-1, mientras que una absorción C = O se produce a 1740 cm-1 a un número de onda más bajo, una frecuencia más alta y una energía más alta que la vibración de estiramiento C – H.

Nota: Los químicos orgánicos se refieren vagamente a los números de onda como «frecuencia», por lo que en libros y otras fuentes puede ver espectros etiquetados como «frecuencia (cm-1)».

Ampliamente utilizado tanto en la investigación como en la industria, la espectroscopia infrarroja es una técnica simple y confiable utilizada para una variedad de mediciones y en el control de calidad. Es especialmente útil en ciencias forenses, tanto en casos penales como civiles. Los espectrómetros son ahora pequeños y se pueden transportar fácilmente, incluso para su uso en ensayos de campo. Con el progreso creciente en la nueva tecnología, las muestras en solución ahora se pueden medir con precisión (el agua produce una amplia absorbancia en todo el rango de interés, y por lo tanto hace que los espectros sean ilegibles sin esta nueva tecnología).

Algunos instrumentos también le dirán automáticamente qué es una sustancia al referenciarla a un almacén de miles de espectros almacenados.Al medir a una frecuencia específica a lo largo del tiempo, se pueden medir los cambios en el carácter o la cantidad de un enlace particular. Esto es especialmente útil para medir el grado de polimerización en la fabricación de polímeros o para identificar la degradación de polímeros, por ejemplo.El progreso de la formación de una resina epoxi endurecida por un agente de reticulación de aminas puede monitorizarse observando la aparición de un grupo hidroxilo en el espectro de una muestra de polimerización (o por la desaparición de un grupo epoxi).

Los instrumentos de investigación modernos pueden tomar mediciones infrarrojas en todo el rango de interés con una frecuencia de hasta 32 veces por segundo. Esto se puede hacer mientras se realizan mediciones simultáneas utilizando otras técnicas. Esto hace que las observaciones de reacciones y procesos químicos sean más rápidas y precisas. La espectroscopia infrarroja ha tenido un gran éxito en aplicaciones de química orgánica e inorgánica.

Un segundo tipo de espectrómetro de INFRARROJOS es un espectrómetro dispersivo. El espejo giratorio, M, refleja temporalmente el haz de referencia hacia la óptica de la máquina mientras bloquea el haz de muestra. El haz de referencia y el haz de muestra se bloquean y reflejan alternativamente. La rejilla de difracción dispersa el IR en el espectro a de longitudes de onda; esta serie se refleja en el detector. El termopar convierte las diferentes longitudes de onda del IR que lo alcanzan en una señal que se representa como un espectro. La diferencia entre las señales de referencia y de muestra muestra qué partes del espectro han sido absorbidas por la muestra.

Otro tipo de espectrómetro IR es un espectrómetro de transformada de Fourier (FT). En el espectrómetro FT, se utiliza un interferómetro en lugar de una rejilla de difracción. Todas las frecuencias (o longitudes de onda, ν ~ 1/λ) llegan al detector al mismo tiempo. El espectro se obtiene mediante un cálculo matemático (una transformada de Fourier). El espectrómetro FT es más sensible, preciso y preciso que un espectrómetro dispersivo.