Este documento presenta una introducción a la espectroscopia infrarroja. Explica las diferentes regiones del espectro electromagnético infrarrojo, los tipos de vibraciones moleculares que pueden ser observadas, los componentes básicos de un espectrómetro infrarrojo y los diferentes tipos de detectores. También describe cómo preparar y analizar muestras sólidas, líquidas y gaseosas, e introduce las regiones del espectro infrarrojo y cómo utilizar tablas de correlación para identificar compuestos orgánicos.

1. Profesora Lisandra Chacón
ULA 2008

2. Espectroscopia Infrarroja
La figura 1: Espectro Electromagnético.
IR
800-1.000.000 nm
A mayor longitud de onda menor
energía

3. Espectroscopia Infrarroja
IR CERCANO IR MEDIO IR LEJANO
800nm 2.500nm 50.000nm 1.000.000nm
La figura 2: Regiones del espectro infrarrojo.

4. Espectroscopia Infrarroja
ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO
Vibraciones de Tensión
ν1: Simétrico
ν3: Asimétrico
Vibraciones de Flexión
ν2: Tijereteo
x: Aleteo
y: Torsión
Z: Balanceo

5. Espectroscopia Infrarroja
INSTRUMENTACIÓN
FUENTE SELECTOR CELDA DETECTOR
REGISTRADO
R

6. Espectroscopia Infrarroja
1. La Lámpara de Nerst: es un cilindro delgado
fabricado con óxidos de tierras raras, de unos
20mm de longitud por 1 a 2mm de diámetro. Se
hace pasar corriente eléctrica por el cilindro ,
para calentarlo, con conexiones eléctricas en sus
dos extremos. A las temperaturas de operación,
el cilindro brilla al rojo sombra.
2. La Fuente Globar: El Globar es una barra de
carburo de silicio con calentamiento eléctrico, de
unos 5cm de longitud y 3mm de diámetro. Esta
fuente suele producir una radiación IR más
intensa que la lámpara de Nerst, a números de
onda menores a 2000cm-1.
N (Número de Onda)= 1/λ
FUENTE
Tienen un sólido inerte que se
calienta eléctricamente hasta
una T>1500·C.

7. Espectroscopia Infrarroja
FUENTE
Tienen un sólido inerte que se
calienta eléctricamente hasta
una T>1500·C.
3. Fuente de IR con Arco de Mercurio: se usan en
aplicaiones en el infrarrojo lejano. Consiste en un
tubo conchaqueta de cuarzo, que contiene mercurio
a una presión mayor que 1atm, a través del cual se
hace pasar corriente eléctrica que forma un plasma
interno, emisor de radiación.
4. Lámpara de filamento de Tungsteno: las
lámpara convencionales se pueden usar como
fuentes para la región de IR cercano, dentro de los
límites aproximados de 4000 a 12500cm-1.

8. Espectroscopia Infrarroja
SELECTOR MONOCROMADOR
CELDA DEPENDE DEL TIPO DE MUESTRA

9. Espectroscopia Infrarroja
DETECTOR
1. Detectores Térmicos: funcionan midiendo los efectos de
calentamiento de la radiación IR sobre un componente diseñado
para actuar como un cuerpo negro.
Los termopares son el tipo más frecuente de detector térmico.
Éstan formados de un tramo de un conductor metálico al que se
fijan dos trozos de metales distintos . Entre las dos uniones se
desarrolla una diferencia de potencial , que está relacionada con
los cambios de temperatura entre las dos uniones metal-con
metal, al calentar una de ellas.
2. Detectores Piroeléctricos: están formados por una capa de
material piroeléctrico (sulfato de triglicina deuterada) emparedada
entre dos electrodos (uno de ellos hecho de un material
transparente a la radiación IR), que forman un capacitor. La
radiación IR que pasa por la ventana causa un calentamiento del
material, que a su vez cambia la polarización del material y la
capacitancia del detector.

10. Espectroscopia Infrarroja
DETECTOR
3. Detectores Fotoconductores: consiste en una capa
semiconductora delgada, de un material como telururo de
cadmio, que recubre una superficie no conductora de vidrio
encerrada en una envolvente de vidrio al vacío. La
exposición del semiconductor a la radiación IR eleva
electrones de valencia, desde estados no conductores hasta
estados conductores, aumentando así la conductividad del
dispositivo.
REGISTRADO
R
Espectros IR

11. Espectroscopia Infrarroja
Para obtener los espectros IR hay dos tipos de instrumentos:
1. Espectrómetros IR Dispersivos de Rejilla: son aquellos en los que el
espectro se analiza en secuencia siguiendo la dispersión de radiación de varias
longitudes de onda, mediante un monocromador o una rejilla de difracción.
En caso normal, los espectrómetros dispersivos son instrumentos de doble haz
que usan rejillas de difracción para dispersar y seleccionar la frecuencia de la
radiación IR a partir de una fuente blanca.
2. Espectrómetros de Transformada de Fourier multiplex (FTIR): son
los más utilizados actualmente. A diferencia del dispersivo de rejilla, detecta
todas las longitudes de onda y se miden en forma simultánea

12. Espectroscopia Infrarroja
Tratamiento de las Muestras:
1. Muestras Líquidas
Viscosas
No Viscosas
Volátiles
No Volátiles
Celda Desmontable para
Muestras Líquidas Volátiles
Discos de NaCl
Celda
desmontable
Parafina

13. Espectroscopia Infrarroja
Tratamiento de las Muestras:
2. Muestras Sólidas
3. Muestras Gaseosas
Solubles en un solvente Suspensión con
Aceite de Nujol
Insoluble en un solvente Suspensión
con KBr
Trampa de Gases

14. Espectroscopia Infrarroja
La espectrometría del infrarrojo es sumamente útil para determinaciones cualitativas de
compuestos orgánicos y para deducir estructuras moleculares a partir de sus grupos
funcionales tanto de compuestos orgánicos como inorgánicos.
En el análisis cualitativo la espectroscopia de infrarrojo puede usarse para la identificación
de sustancias puras o para la absorción, localización e identificación de impurezas.
Para localizar una impureza en una sustancia se hace una comparación en el espectro de las
sustancia que se estudia y una muestra de la sustancia pura. Las impurezas causan bandas de
absorción adicionales que aparecen en el espectro.
En el IR también están encontrando uso cada vez mayor en el análisis cuantitativo, el
principal campo de aplicación de este tipo de análisis se halla en la cuantificación de
contaminantes atmosféricos que provienen de procesos industriales.

15. Espectroscopia Infrarroja
Tablas de
Correlación

16. Espectroscopia Infrarroja
Región de la huella dactilarRegión de frecuencias de grupo
En los espectros IR se pueden
distinguir dos zonas, una de 3600 a
1200 cm-1, conocida como región de
Frecuencias de Grupo y otra entre
1200 a 600 cm-1, la región de la
Huella Dactilar.
En general primero se analiza la
región de frecuencias de grupo, para
identificar a los grupos de la molécula
y luego se afina el procedimiento
analizando la región de la “huella
digital” que es particular de cada
molécula.

17. Espectroscopia Infrarroja
Hay algunos grupos que
absorben en la región de la
“huella digital”, como el C-
O-C (1200 cm-1
) ó C-Cl (700
a 800 cm-
).

18. Espectroscopia Infrarroja
La “huella dactilar”: Esta región muestra las pequeñas diferencias en estructura que
puede tener una molécula (se muestran las particularidades de las moléculas). Como
consecuencia, la estrecha correspondencia entre dos espectros de esta región, indica la
identidad del compuesto.
La mayoría de los enlaces simples originan bandas de absorción a estas frecuencias y
como sus energías son aproximadamente iguales, se produce una fuerte interacción entre
enlaces vecinos. Las bandas resultantes son el resultado de estas interacciones y dependen
de la estructura básica general de la molécula.
Debido a la complejidad, es difícil interpretar de forma exacta estos espectros,
pero a su vez, esta complejidad conduce a la singularidad y por ende a la utilidad
de esta región en la identificación de compuestos.

19. Espectroscopia Infrarroja
Ejemplo 1. C10H22
Espectro sencillo.
Seguramente un HC
saturado (no hay
bandas de doble enlace).
Bandas C-H
Flexión CH2
A 1467
Flexión del CH3
La ausencia de bandas
Entre 1300 y 750 cm-1
Sugiere una estructura
De cadena lineal.
La banda a 782 cm-1
indica
que hay 4 o más grupos
CH2 en la cadena.
El compuesto es n-decano

20. Espectroscopia Infrarroja
Ejemplo 3. C8H16
La fórmula indica un
doble enlace
Estiramiento C=C
1650
En 998 y 915 hay
bandas de deformación
C-H, con un pico débil
en 720 cm-1.
Además, el pico a 720
indica al menos 4 CH2
El compuesto es 1 octeno

21. Espectroscopia Infrarroja
Se le sugiere realizar los ejercicios propuestos del libro
Principios de Análisis Instrumental (Skoog, Hooler) del capítulo de
infrarrojo, donde se le pide identificar el compuesto a partir de
espectrograma.
Recuerde revisar la estructura de los distintos grupos
funcionales existentes, así como también los espectros
característicos de cada uno de ellos. Esta revisión la puede realizar
en el libro de Química Orgánica de Morrison y Boyd.
Investigue para el examen las aplicaciones industriales de la
Espectroscopia UV-Vis e IR.