Espectroscopia de infrarrojos (IR) - Definición, principio, partes, usos

¿Qué es la espectroscopia de infrarrojos (IR)?

La espectroscopia infrarroja (IR) o espectroscopia vibracional es una técnica analítica que aprovecha las transiciones vibracionales de una molécula.

Es una de las técnicas espectroscópicas más comunes y ampliamente utilizadas, sobre todo por los químicos inorgánicos y orgánicos, debido a su utilidad para determinar las estructuras de los compuestos e identificarlos.

El método o técnica de la espectroscopia de infrarrojos se realiza con un instrumento llamado espectrómetro de infrarrojos (o espectrofotómetro) para obtener un espectro infrarrojo.

Fuente de la imagen: BYJUS.

Principio de la espectroscopia infrarroja (IR)

1. La espectroscopia infrarroja es el análisis de la luz infrarroja que interactúa con una molécula.
2. La parte de la región infrarroja más útil para el análisis de los compuestos orgánicos tiene un rango de longitudes de onda de 2.500 a 16.000 nm, con un rango de frecuencia correspondiente de 1,9*1013 a 1,2*1014 Hz.
3. Las energías de los fotones asociadas a esta parte del infrarrojo (de 1 a 15 kcal/mol) no son lo suficientemente grandes como para excitar electrones, pero pueden inducir la excitación vibracional de átomos y grupos unidos covalentemente.
4. Se sabe que, además de la fácil rotación de los grupos sobre los enlaces simples, las moléculas experimentan una gran variedad de movimientos vibratorios, característicos de los átomos que las componen.
5. En consecuencia, prácticamente todos los compuestos orgánicos absorberán la radiación infrarroja que corresponde en energía a estas vibraciones.
6. Los espectrómetros de infrarrojos, similares en principio a otros espectrómetros, permiten a los químicos obtener espectros de absorción de los compuestos que son un reflejo único de su estructura molecular.
7. La medida fundamental que se obtiene en la espectroscopia infrarroja es un espectro infrarrojo, que es un gráfico de la intensidad infrarroja medida frente a la longitud de onda (o frecuencia) de la luz.

• La espectroscopia de infrarrojos mide las vibraciones de los átomos, y en base a ello es posible determinar los grupos funcionales.
• Por lo general, los enlaces más fuertes y los átomos ligeros vibran a una frecuencia de estiramiento alta (número de onda).

Instrumentación de la espectroscopia de infrarrojos (IR)

Las partes principales del espectrómetro IR son las siguientes

1. Fuente de radiación
2. Celdas de muestreo y toma de muestras de sustancias
3. Monocromadores
4. Detectores
5. Grabador

A. Fuentes de radiación IR

Los instrumentos IR requieren una fuente de energía radiante que emita radiación IR que debe ser constante, lo suficientemente intensa para su detección y extenderse a lo largo de la longitud de onda deseada.

Las fuentes de radiaciones IR son las siguientes

1. Resplandor de Nernst
2. Lámpara incandescente
3. Arco de mercurio
4. Lámpara de tungsteno
5. Fuente de luz de globo
6. Alambre de nicromo

B. Células de muestreo y toma de muestras de sustancias

La espectroscopia IR se ha utilizado para la caracterización de muestras sólidas, líquidas o gaseosas.

i. Sólidos - Se utilizan varias técnicas para preparar muestras sólidas, como la técnica de los gránulos prensados, la de los sólidos en solución, la de las películas sólidas, la de los mulls, etc.

ii. Líquido - Las muestras se pueden mantener utilizando una célula de muestra líquida hecha de haluros alcalinos. No se pueden utilizar disolventes acuosos, ya que disuelven los haluros alcalinos. Sólo se pueden utilizar disolventes orgánicos como el cloroformo.

iii. Gas- La toma de muestras de gas es similar a la de los líquidos.

C. Monocromadores

• Varios tipos de monocromadores son prismas, rejillas y filtros.
• Los prismas se fabrican con bromuro de potasio, cloruro de sodio o yoduro de cesio.
• Los filtros son de fluoruro de litio y las rejillas de difracción son de haluros alcalinos.

D. Detectores

• Los detectores se utilizan para medir la intensidad de la radiación infrarroja no absorbida.
• Se utilizan detectores como los termopares, los bolómetros, los termistores, la célula de Golay y los detectores piroeléctricos.

E. Registradores

• Los grabadores se utilizan para registrar el espectro IR.

Aplicaciones de la espectroscopia de infrarrojos (IR)

Ha sido de gran importancia para los investigadores científicos en muchos campos, como:

• Caracterización de proteínas
• Análisis de semiconductores a nanoescala y
• Exploración espacial.
• Análisis de muestras gaseosas, líquidas o sólidas
• Identificación de compuestos
• Análisis cuantitativo
• La información relativa a los grupos funcionales de las moléculas y la constitución de las mismas puede deducirse del espectro IR
• Para conocer la interacción entre las moléculas

Referencia

1. https://chem.libretexts.org
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_spectroscopy
3. https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/spectrpy/infrared/infrared.htm
4. http://www.wag.caltech.edu/home/jang/genchem/infrared.htm
5. https://web.vscht.cz/~poustkaj/ES%20ASFA%20AU%20Koplik_Infrared_spectroscopy.pdf
6. https://www.pharmatutor.org/pharma-analysis/analytical-aspects-of-infra-red espectroscopia-ir/instrumentación-de-espectrofotometría-ir