Espectroscopia infrarroja
La espectroscopia infrarroja ( espectroscopia IR o espectroscopia vibratoria ) es la medida de la interacción de la radiación infrarroja con la materia por absorción , emisión o reflexión . Se utiliza para estudiar e identificar sustancias químicas o grupos funcionales en forma sólida, líquida o gaseosa. Se puede utilizar para caracterizar nuevos materiales o identificar y verificar muestras conocidas y desconocidas. El método o técnica de espectroscopia de infrarrojos se realiza con un instrumento llamado espectrómetro de infrarrojos (o espectrofotómetro) que produce un espectro de infrarrojos.. Un espectro de infrarrojos se puede visualizar en un gráfico de absorbancia (o transmitancia ) de luz infrarroja en el eje vertical frente a la frecuencia o longitud de onda en el eje horizontal. Las unidades típicas de frecuencia utilizadas en los espectros de infrarrojos son los centímetros recíprocos (a veces llamados números de onda ), con el símbolo cm −1 . Las unidades de longitud de onda IR se dan comúnmente en micrómetros (antes llamados "micrones"), símbolo μm, que están relacionados con los números de onda de forma recíproca . Un instrumento de laboratorio común que utiliza esta técnica es una transformada de Fourier de infrarrojos (FTIR) espectrómetro. La IR bidimensional también es posible como se describe a continuación .
La porción infrarroja del espectro electromagnético generalmente se divide en tres regiones; la NEAR , mediano y far- infrarrojos, llamada así por su relación con el espectro visible. El IR cercano de mayor energía, aproximadamente 14.000–4.000 cm −1 (longitud de onda de 0,7–2,5 µm) puede excitar modos de vibraciones moleculares armónicas o combinadas . El infrarrojo medio, de aproximadamente 4.000 a 400 cm -1 (2,5 a 25 μm), se utiliza generalmente para estudiar las vibraciones fundamentales y la estructura rotacional vibratoria asociada . El infrarrojo lejano, aproximadamente 400-10 cm -1 (25-1 000 μm) tiene poca energía y se puede utilizar paraespectroscopia rotacional y vibraciones de baja frecuencia. La región de 2-130 cm -1 , que bordea la región de microondas , se considera la región de terahercios y puede sondear vibraciones intermoleculares. [1] Los nombres y clasificaciones de estas subregiones son convenciones, y se basan solo vagamente en las propiedades moleculares o electromagnéticas relativas.
La espectroscopia infrarroja aprovecha el hecho de que las moléculas absorben frecuencias características de su estructura . Estas absorciones ocurren a frecuencias resonantes , es decir, la frecuencia de la radiación absorbida coincide con la frecuencia vibratoria. Las energías se ven afectadas por la forma de las superficies de energía potencial molecular , las masas de los átomos y el acoplamiento vibrónico asociado .
En particular, en las aproximaciones de Born-Oppenheimer y armónicas, es decir, cuando el hamiltoniano molecular correspondiente al estado fundamental electrónico puede aproximarse mediante un oscilador armónico en la vecindad de la geometría molecular de equilibrio , las frecuencias de resonancia están asociadas con los modos normales de vibración . correspondiente a la superficie de energía potencial del estado fundamental de la electrónica molecular. Las frecuencias de resonancia también están relacionadas con la fuerza del enlace y la masa de los átomos en cada extremo del mismo. Por lo tanto, la frecuencia de las vibraciones está asociada con un modo de movimiento normal particular y un tipo de enlace particular.
Para que un modo vibratorio en una muestra sea "IR activo", debe estar asociado con cambios en el momento dipolar. No es necesario un dipolo permanente, ya que la regla solo requiere un cambio en el momento dipolar. [2]
Una molécula puede vibrar de muchas formas, y cada una de ellas se denomina modo vibratorio. Para moléculas con N número de átomos, las moléculas lineales tienen 3 N - 5 grados de modos vibracionales, mientras que las moléculas no lineales tienen 3 N - 6 grados de modos vibracionales (también llamados grados vibracionales de libertad). Como ejemplo, el H 2 O , una molécula no lineal, tendrá 3 × 3 - 6 = 3 grados de libertad vibratoria, o modos.
