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Practica
Espectroscopia de absorción en el Infrarrojo FUNDAMENTO TEORICO
L
a región infrarroja del espectro incluye la radiación con números de onda comprendidos entre los 12800 y los 10 cm -1 , lo que corresponde a longitudes de onda de 0.78 a 1000 µm. Tanto desde el punto de vista de las aplicaciones como de los instrumentos, es conveniente subdividir el espectro infrarrojo en tres regiones denominadas: infrarrojo cercano, medio y lejano. Hasta la fecha, la gran mayoría de las aplicaciones analíticas se han restringido al uso de una parte de la región del infrarrojo medio comprendida entre los 4000 y los 400 cm -1 (de 2.5 a 25 µm). Sin embargo en la literatura analítica actual se van encontr ando un número creciente de aplicaciones de la espectroscopia infrarroja cercana y lejana. La espectroscopia infrarroja tiene una gran aplicación en el análisis cualitativo y cuantitativo. Su principal utilización ha sido la identificación de compuestos or gánicos, que por lo general presentan espectros complejos en el infrarrojo medio con numerosos máximos y mínimos que resultan útiles al efectuar comparaciones. En muchos casos, el espectro infrarrojo medio de un compuesto orgánico proporciona una huella única, con unas características que se distinguen fácilmente de los modelos de absorción de otros compuestos; solo los isómeros ópticos absorben exactamente de la misma forma. Para que una molécula absorba radiación infrarroja debe experimentar un cambio neto en el momento dipolar como consecuencia de su movimiento vibratorio o rotatorio, pudiendo así actuar recíprocamente, el campo alternativo de la radiación, con la molécula y causar cambios en su movimiento.
Cuando la frecuencia de la radiación iguala a la frecuencia de una vibración o rotación natural de la molécula, ocurre una transferencia de energía que da como resultado un cambio en la amplitud de la vibración molecular y por tanto absorción de la radiación. El análisis por espectroscopia de absorción infrarroja se aplica principalmente en el campo de la elucidación de estructuras y en la determinación de las fuerzas de enlace, así como en los controles de calidad e identidad y para seguir procesos de reacción. Además de su aplicación como herramienta para el análisis cualitativo, las medidas en el infrarrojo también están encontrando un uso cada vez mayor en el análisis cuantitativo. En este caso, su elevada selectividad a menudo hace posible la cuantificación de una sustancia en una mezcla compleja, no siendo necesario una separación previa. El principal campo de aplicación de este tipo de análisis se halla en la cuantificación de contaminantes atmosféricos que provienen de procesos industriales. Otra utilización importante de la espectroscopia de absorción en el infrarrojo es como sistema de detección en cromatografía de gases, donde su potencial para la identificación de compuestos se combina con la notable capacidad de separación de los componentes de mezclas complejas que presentan la cromatografía de gases.
EQUIPO
ESPECTROFOTOMETRO INFRARROJO IRAffinity-1
PROCEDIMIENTO PARA PREPARACIÓN DE MUESTRAS
PREPARACIÓN DE MUESTRAS EN EL I.R. Una parte sencilla, pero importante en la obtención de espectros infrarrojos es la preparación de muestras, ya que de ellas depende, así como del espectrofotómetro utilizado la calidad del espectro obtenido. Pueden registrarse espectros infrarrojos de compuestos gaseosos, líquidos, sólidos y de soluciones. La sustancia cuyo espectro se desea obtener, se coloca en una celda adecuada, entre la fuente de radiación infrarroja y la rendija del monocromador. ESPECTRO DE GASES Los espectros infrarrojos de sustancias en fase gaseosa difieren bastante de las correspondientes a fases condensadas, debido principalmente a la libre rotación de las moléculas y a que la interacciones intermoleculares son mínimas en los gases, esto da lugar en los espectros de compuestos sencillos a la aparición de una estructura fina de bandas, debido a las líneas de rotación, que desaparecen por completo en los espectros de fases condensadas. Las celdas de absorción para gases están formadas por un tubo metálico o más corrientemente de vidrio a cuyos extremos van pegadas las ventanas de material transparente (normalmente de NaCl o KBr). La celda va provista de una o dos llaves para la entrada y salida del gas, operación que suele realizarse mediante una instalación ordinaria de vacío. La longitud más conveniente de las celdas para gases es de 5-10 cm. ESPECTROS DE LIQUIDOS Se utilizan dos tipos de celdas: desmontables y fijas. En las celdas desmontables se colocan de 2 a 3 gotas de muestra líquida en estudio, entre dos ventanas de material transparente, el espesor aproximado de la película se regula mediante un separador de plomo, estaño o teflón de grosor adecuado (entre 0.005 y 0.1 mm). Las celdas fijas o de espesor fijo son análogas a las desmontables, pero el separador va pegado herméticamente a las dos celdas utilizando separadores de estaño o plomo amalgamados. Una de las ventanas lleva dos finos conductos (aproximadamente 1 mm de diámetro) que sirve para llenar la celda mediante un capilar o una jeringa de inyección. El material de las ventanas puede ser cloruro de sodio (0.2 a 16). Bromuro de potasio (1.0 a 25), yoduro de cesio (0.1 a 50), cloruro de plata (2.5 a 22), con estos materiales no debe emplearse en ningún caso solventes liquido, acuoso o alcohólicos. Para soluciones acuosas se usan ventanas de fluoruro de calcio (2.1 a 8 ) y de istran 2 (0.6 a 14).
Para obtener buenos resultados es preciso seguir minuciosamente la pauta en las técnicas preparativas así como las condiciones experimentales referidas al espectrofotómetro, pues dada su sensibilidad la variación de estas, supone diferencias que en algunos casos pueden ser importantes, sobre todo en el aspecto cuantitativo. ESPECTROS DE SÓLIDOS Cuando la muestra es un sólido se puede preparar: a. Pastillas o comprimido de bromuro de potasio. b. Dispersión en nujol (parafina líquida). A- PREPARACIÓN DE PASTILLAS DE BROMURO DE POTASIO El dispositivo está diseñado para presionar una mezcla de bromuro de potasio y la muestra problema, en un disco delgado de 13 mm de diámetro, el cual se usa en la determinación. La pastilla comprimida puede ser usada inmediatamente o conservada en at mósfera seca para determinaciones futuras. El dispositivo es capaz de soportar presiones de 25000 libras, sin embargo, está sujeto a corrosión y debe utilizarse debidamente para prevenir fracturas de sus componentes. El uso de bromuro de potasio, calidad analítica, es lo más adecuado, ya que el material impuro nos dará interferencia, el KBr grado espectroscópio de Harshaw cuyo graneado va de 200-325 mallas, es el más indicado y debe permanecer en un desecador o preferiblemente en una estufa al vació a 105°C.
TÉCNICA 1. Secar el Bromuro de Potasio a 105°C por 1 hora 2. Tomar aproximadamente 2 a 5 mg de muestra, previamente pulverizada y secada, con la punta de la micro espátula y colocarla en el mortero de ágata. 3. Añadir más o menos 100 mg de Bromuro de Potasio. 4. Mezclar bien y homogenizar en el mortero. 5. Disponer el equipo para comprimir la pastilla. 6. El dispositivo ya montado se coloca en la prensa, para comprimir, aplicándole 1 a ½ tonelada métrica de presión.
7. Aplicar vació durante 2 minutos, ya que de esta forma el KBr experimente una especie de fusión obteniéndose una pastilla bastante transparente en la que la sustancia se encuentra en forma de dispersión de grano muy fino. 8. Aplicar de nuevo más presión hasta alcanzar de 2 a 2 ½ toneladas métricas por ½ minuto. 9. Quitar el vació y luego la presión. 10. Tomar el dispositivo y colocar la pastilla en un soporte adecuado, luego tomar el espectro. La transferencia de las pastillas obtenidas dependen mucho de la humedad de la mezcla, por lo que conviene secar muy bien la sustancia y el KBr.
PREPARACIÓN DE LA DISPERSIÓN EN NUJOL El liquido más comúnmente utilizado para dispersión es un aceite mineral que se conoce con el nombre de Nujol, éste es transparente en el infrarrojo excepto en las zonas de absorción características de los enlaces C-H aproximadamente 2950,1450 y 1375 cm -1 . Se debe de usar Nujol (parafina líquida) calidad espectroscópica. TÉCNICA 1. Colocar 1 miligramo de muestra sólida en un mortero de ágata. 2. Pulverizar la muestra. 3. Añadir 1 o 2 gotas de Nujol , mezclar bien hasta formar una pasta homogénea. 4. Depositar una pequeña cantidad en la ventana con movimiento rotativo a manera de obtener una película fina evitando inclusión de aire, colocar en el dispositivo portado de celdas, luego corre el espectro.
PREPARACIÓN DE MUESTRAS LIQUIDAS (SOLVENTES PUROS) En las celdas de NaCl, aplique una gota de solvente, monte la celda, corra el espectro de la muestra y determine la identidad con la bibliografía adecuada.
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES Las muestras sólidas pueden registrarse también en forma de solución en un solvente apropiado. El principal inconveniente es el encontrar un solvente apropiado que sea transparente en la región a estudiar. Por ello, para obtener el espectro completo de una sustancia disuelta es necesario utilizar por lo menos, 2 solventes elegidos adecuadamente.
Los compuestos más transparentes en infrarrojo son los formados por pequeñas moléculas no polares, con átomos pesados, siendo el CS 2 y el CCl4 los solventes más utilizados. Es necesario disponer de parejas de celdas construidas con cuidado para asegurar idéntico espesor. La muestra de este caso, se prepara como una muestra líquida, usando celdas desmontables o celdas fijas.
