"ESPECTROFOTOMETRÍA INFRARROJA" 
Universidad Mariano Gálvez de Guatemala
Facultad de Ciencias Médicas y de la Salud
Laboratorio de Química Analítica
Lcda. Leticia Salguero
Debora Mishell Tavico
Carné 208-19-1336
Sección "A"
REFERENCIAS:
Skoog, Douglas A., Donald M. West, F. James Holler y Stanley R. Crouch. Fundamentos de química analítica. Novena Edición ed. México: Cengage Learning Editores, S.A. de C.V.,; 2015.
24C.2 ESPECTROS DE ABSORCIÓN
25C.2 INSTRUMENTOS DE TRANSFORMADA DE FOURIER
Espectro de absorción: es una gráfica de absorbancia con respecto a la longitud de onda, que también puede ser graficada contra el numero de onda o frecuencia. Este tipo de graficas son características para una molécula determinada y a veces como auxiliar en la identificación o confirmación de la identidad de especies particulares. El color de una disolución está relacionado con su espectro de absorción.
La radiación utilizada para un análisis colorimétrico debe ser del color complementario al color de la disolución del analíto.
• Absorción atómica
• Absorción molecular
• Absorción infrarroja
• Absorción de la radiación ultravioleta y visible
Se presenta cuando un haz de radiación ultravioleta pasa de un medio con átomos gaseosos, en donde solo unas frecuencias son atenuadas por la absorción, y cuando es registrado en un espectrofotómetro, el espectro consiste en un número de líneas de absorción muy estrecha.
Las transiciones entre dos orbitales distintos se denomina transiciones electrónicas, en donde un electrón se mueve de un orbita a otro.
En los espectros de absorción atónica no se registran las transiciones electrónicas, en lugar de eso se mide a una longitud de onda única usando una fuente casi monocromática.
Las moléculas tienen 3 tipos de transiciones cuando son excitadas por radiación ultravioleta, visible e infrarroja, entre ellas:
Transiciones electrónicas
Transiciones vibracionales: ocurren debido a que una molécula tiene estados vibracionales, asociados con los enlaces que mantienen unida a la molécula.
Transiciones rotacionales
*Las transiciones vibracionales y rotacionales, se dan en especies poliatómicas, ya que tienen estados vibracionales y rotacionales con energías distintas.
El estado basal de una especie atómica o molecular es el estado de energía mímica de la especia. A temperatura ambiente, la mayoría de átomos y moléculas están en estado basal.
La energía de un sistema de resortes de dimensiones atómicas (enlace químico), solo puede tener ciertas energías discretas llamadas niveles de energía vibracionales. Aunque no se muestre, las moléculas tienen muchos estados rotacionales cuantizados que están asociados con movimiento de rotación de la molécula alrededor de su centro de gravedad. La energía total E, asociada con una molécula está dada por:
La radiación infrarroja no es energéticamente suficiente para causar transiciones electrónicas, pero puede inducir transiciones en los estados vibracionales y rotacionales. Para que esto ocurra, la fuente de radiación debe emitir frecuencias que correspondan con la energía indicada por las longitudes de las cuatro flechas.
La absorción molecular en las regiones ultravioleta y visible producen bandas de absorción conformadas por líneas muy cercanas entre sí. Por tanto, una banda típica de absorción consiste en un gran número de líneas, daño lugar a picos de absorción tenues y continuos.
Los espectrómetros con transformada de Fourier (FTIR), detectan todas las longitudes de onda IR en todo momento. Tienen una potencia recolectora de luz más grande que los dispersivos y por consecuencia, tienen mejor precisión. Aunque los cálculos de la transformada de Fourier son computacionalmente intensos, se pueden llevar a cabo con facilidad con computadoras de alta velocidad y software apropiado.
• ¿Cómo funciona un espectrómetro infrarrojo de transformada de Fourier(FTIR)?
FTIR, utilizan in dispositivo llamado interferómetro de Michelson, que realiza mediciones precisas de las longitudes de onda de la radiación electromagnética y mediciones de distancia exacta.
.El diagrama de un interferómetro consiste en una fuente de luz colmada, un espejo estacionario en la parte superior, un espejo movible, un divisor de rayos y un detector. La fuente de luz puede ser continua o monocromática. Los espejos son de vidrio ultra plano pulido.
La clave para la operación del interferómetro es el divisor de rayos, el cual permite que una fracción de luz que cae en él, pase a través del espejo y otra sea reflejada, siendo parcialmente reflejada y transmitida. Aunque el rayo pierde algo de intensidad con cada interacción del espejo estacionario y divisor, el efecto neto es que una fracción del rayo termina en el detector.
En la primera interacción con el divisor de rayos, el rayo A que emerge de la derecha hacia espejo móvil como rayo B, luego es reflejada de regreso a la izquierda hacia el divisor del rayo, reflejada hacia el detector. Por tanto, rayo A y B, son colineales se inciden en el detector en el mismo punto.
Por ello el propósito de la óptica del interferómetro es dividir el rayo incidente en 2 rayos que se mueve n separadas y luego se recombinan en el detector.
Es en esta región donde los rayos interactúan para formar un patrón de interferencia, que representa bidimensionalmente la interacción de los dos frentes de onda esféricos. En las regiones donde ondas interfieren constructivamente, aparecen bandas brillantes y donde ocurre interferencia destructiva, aparecen bandas oscuras, estas bandas se llaman franjas de interferencia.
Cuando el espejo móvil se mueve a la izquierda a velocidad constante, el patrón de interferencia se barre más allá del detector a medida que la trayectoria que recorre el rayo B se acorta gradualmente. La forma del patrón de interferencia permanece igual, pero las posiciones de interferencia constructiva y destructiva se desplazan a medida que interferencias de trayectoria cambia. A medida que espejo se mueve, los 2 frentes de onda se desplazan en espacio en relación uno a otro y franjas de luz y oscuras alteradas, pasan a través de detector. En el detector se encuentra un perfil de intensidad sinosoidal, este perfil se denomina interferograma.
El siguiente efecto del movimiento uniforme consta del espejo es que la intensidad de luz en la salida del interferómetro se modula en una manera precisa controlada.
Se ha establecido que el interferómetro de Michelson con una fuente de luz monocromática produce una señal que varia sinusoidal en el detector, cuando el espejo se mueve constantemente.
Si se conoce la señal en la figura a un análisis de Fourier a través de un algoritmo computacional, llamado transformada rápida de Fourier 8TRF), se obtiene el espectro de frecuencia. En otras palabras, el TRF toma señales de amplitud en el dominio de tiempo y las convierte en energía en el dominio de frecuencia. Dado que el interferómetro es una onda sinusoida de una sola frecuencia, el espectro de frecuencia muestra un solo pico de frecuencia v, que es la onda sinusoidal original. Esta es proporcional a la frecuencia óptica emitida por la fuente laser. Luego se modifica el interferómetro para que se pueda obtener una segunda onda sinusoidal en la salida, esto añadiendo una segunda onda a la fuente de luz (se coloca un segundo laser u otra fuente de luz a la entrada del interferómetro, para producir 2 longitudes de onda)
• Ventajas en adquirir información de intensidad de FTIR en vez de utilizar un espectrómetro de barrido.
Primero: la ventaja de velocidad, ya que el espejo se puede mover en cuestión de segundos y una computadora puede colectar los datos
Segundo: la ventaja de Fellgett, que sugiere que los interferómetros de Michelson son capaces de producir relaciones señal-ruido más grandes y en menos tiempo que los espectrómetros dispersos equivalentes.
Tercero: la ventaja de Jacquinot: permite que pase de 10-200 veces más radiación a través de la muestra en comparación con los espectrómetros dispersivos estándar.
Estas ventajas se dan por la baja sensibilidad de los detectores que se utilizan en los espectrómetros FTIR.
• En conclusión
El interferómetro de Michelson puede proporcionar información de intensidad para una fuente de luz en función de la longitud de onda. Para obtener el espectro IR de muestra, se debe obtener primero el interferograma de referencia de la fuente sin muestra en la trayectoria de la luz. Posterior la muestra se coloca en la trayectoria y de nuevo se escanea el espejo y se adquiere un segundo interferograma. En la espectrometría FTIR, la muestra absorbe radiación infrarroja, que atenúa los rayos en el interferómetro. La diferencia entre el segundo interferograma(muestra) y el de referencia se calcula después. Luego la TRF se lleva a cabo en los datos resultantes, lo que produce espectro IR de la muestra.
Finalmente se debe notar que el TRF se puede conseguir utilizando computadora con software adecuado.