La espectroscopia infrarroja (espectroscopia del del IR) es el subconjunto de espectroscopia que se ocupe de la región infrarroja del espectro electromágnetico . Cubre una gama de técnicas, el ser más común una forma de la espectroscopia de absorción . Como con el todas las técnicas espectroscópicas, puede ser utilizada para identificar compuestos o para investigar la composición de la muestra. Las tablas de correlación infrarrojas de la espectroscopia se tabulan en la literatura.

Teoría

La porción infrarroja del espectro electromágnetico se divide en tres regiones; el el near-, mid- y de infrarrojo lejano, nombrado para su relación al espectro visible. El de infrarrojo lejano, aproximadamente 400-10  cm-1 (1000-30  el μm), mintiendo adyacente a la región de la microonda, tiene energía baja y se puede utilizar para la espectroscopia rotatoria . El mediados de-infrarrojo, aproximadamente 4000-400  cm-1 (30-1.4  el μm) se puede utilizar para estudiar las vibraciones fundamentales y la estructura rotatorio-vibratoria asociada . La energía más alta cercano-IR, aproximadamente 14000-4000  cm-1 (1.8  el μm) puede excitar la insinuación o vibraciones armónicas . Los nombres y las clasificaciones de estas subregiones son simplemente convenciones. Son ni divisiones terminantes ni basado en características moleculares o electromágneticas exactas.

La espectroscopia infrarroja explota el hecho de que las moléculas tienen frecuencias específicas en las cuales giren o vibren correspondiendo a los niveles de energía discretos estas frecuencias resonantes que son determinados por la forma de las superficies de energía potencial moleculares las masas de los átomos y, al lado del acoplador vibrónico asociado. Para que un modo vibratorio en una molécula a ser active del IR, debe ser asociada a los cambios en el dipolo permanente. Particularmente, en el Nato-Oppenheimer y las aproximaciones armónicas, es decir cuando el hamiltoniano molecular que corresponde al estado de tierra electrónico se puede aproximar por un oscilador armónico en la vecindad de la geometría molecular del equilibrio, las frecuencias resonantes son determinadas por los modos normales que corresponden a la superficie de energía potencial electrónica molecular del estado de tierra. Sin embargo, las frecuencias resonantes pueden estar en un primer acercamiento relacionado con la fuerza del enlace, y la masa de los átomos en cualquier extremo de él. Así, la frecuencia de las vibraciones se puede asociar a un tipo en enlace particular.

Las moléculas diatómicas simples tienen solamente un enlace, que puede estirar. Moléculas más complejas tienen muchos enlaces, y las vibraciones se pueden conjugar, llevando a las absorciones infrarrojas en las frecuencias características que se pueden relacionar con los grupos químicos. Por ejemplo, los átomos en un grupo de CH2, encontrado comúnmente en los compuestos orgánicos pueden vibrar en seis maneras diferentes: que estira simétrico y antisimétrico del, scissoring, que oscila, que menea y que tuerce :

Preparación de la muestra

Las muestras gaseosas requieren poca preparación más allá de la purificación, pero una célula de muestra con una longitud del camino larga (típicamente 5-10  el cm) es normalmente necesario, pues los gases demuestran absorbencias relativamente débiles.

Las muestras líquidas se pueden intercalar entre dos placas de una sal de la pureza elevada (comúnmente cloruro sódico, o de sal común, aunque un número de otras sales tales como bromuro de potasio o fluoruro del calcio también se utilicen). Las placas son transparentes a la luz infrarroja y no introducirán ningunas líneas sobre los espectros. Algunas placas de la sal son alto solubles en agua, así que la muestra y los reactivo que se lavan deben ser el anhidro (sin el agua).

Las muestras sólidas se pueden preparar de dos maneras importantes. El primer es machacar la muestra con un agente que reflexiona sobre (generalmente Nujol ) en un mármol o mortero de la ágata, con una maja. Una película fina del reflexionar sobre es aplicada sobre las placas de la sal y medida.

El segundo método es moler una cantidad de la muestra con una sal especialmente finalmente purificada (generalmente bromuro de potasio ) (quitar la dispersión de efectos de cristales grandes). Esta mezcla del polvo entonces se machaca en un mecánico muere la prensa para formar una pelotilla translúcida a través de la cual la viga del espectrómetro pueda pasar.

Es importante observar que los espectros obtenidos de diversos métodos de la preparación de la muestra parecerán levemente diferentes de uno a debido a las diferencias en los estados físicos de las muestras.

La técnica pasada es la técnica de la película del molde.

La técnica de la película del molde se utiliza principalmente para el compuesto polimérico. La muestra primero se disuelve en solvente conveniente, no higroscópico. Una gota de esta solución se deposita en la superficie de la célula del KBr o del NaCl. La solución entonces se evapora al estado seco y la película formada en la célula se analiza directo. El cuidado es importante asegurarse de que la película no es luz demasiado gruesa no puede pasar de otra manera a través. Esta técnica es conveniente para el análisis cualitativo.

Método típico

Una viga de la luz infrarroja se produce y está partida en dos vigas separadas. Uno se pasa a través de la muestra, la otra pasajera con una referencia que sea a menudo la sustancia que la muestra se disuelve adentro. Las vigas ambas se reflejan detrás hacia un detector, no obstante primero pasan a través de un divisor que alterne rápidamente que de las dos vigas entra en el detector. Las dos señales entonces se comparan y se obtiene un listado.

Una referencia se utiliza por dos razones:
Esto previene fluctuaciones en la salida de la fuente que afecta a los datos

esto permite que los efectos del solvente sean anulados (la referencia es generalmente una forma pura del solvente que la muestra está adentro)

Resumen de absorciones de enlaces en moléculas orgánicas

Wavenumbers enumeró en el cm-1 .

Aplicaciones y usos

La espectroscopia infrarroja es ampliamente utilizada en la investigación y la industria como técnica simple y confiable para la medida, el control de calidad y la medida dinámica. Los instrumentos son pequeños ahora, y se pueden transportar, incluso para el uso en ensayos prácticos. Con el aumento de tecnología en la filtración de la computadora y la manipulación de los resultados, las muestras en la solución pueden ahora ser medidas exactamente (el agua produce una absorbencia amplia a través de la gama de interés, y así hace los espectros ilegibles sin este tratamiento de la computadora). Algunas máquinas también automáticamente le dirán qué sustancia se está midiendo de un almacén de millares de espectros de la referencia llevados a cabo en almacenaje.

Midiendo en una frecuencia específica en un cierto plazo, los cambios en el carácter o la cantidad de un enlace particular pueden ser medidos. Esto es especialmente útil en la medición del grado de polimerización en la fabricación del polímero . Las máquinas modernas de la investigación pueden tomar las medidas infrarrojas a través de la gama entera de interés tan con frecuencia como 32 veces al segundo. Esto puede ser hecha mientras que las medidas simultáneas se hacen usar otras técnicas. Esto hace las observaciones de reacciones químicas y los procesos más rápidos y más exactos.

Las técnicas se han desarrollado para determinar la calidad de hojas de té usar la espectroscopia infrarroja. Esto significará que los expertos alto entrenados (también llamados las “narices ") pueden ser utilizados más escasamente, en un ahorro de costes significativo.

La espectroscopia infrarroja ha sido alto - acertada para los usos en química orgánica e inorgánica. La espectroscopia infrarroja también se ha utilizado con éxito en el campo de la microelectrónica del semiconductor: por ejemplo, la espectroscopia infrarroja se puede aplicar a los semiconductores como el silicio, el arseniuro de galio, el nitruro del galio, el selénido del cinc, el silicio amorfo, el nitruro de silicio, el etc.

Efectos de isótopo

Los diversos isótopos en una especie particular pueden dar el detalle fino en la espectroscopia infrarroja. Por ejemplo, el O-O que estira frecuencia oxy Hemocyanin se determina experimental para ser 832 y 788 cm-1 para el ν (16O-16O) y ν (18O-18O) respectivamente.

Considerando el O-O como resorte, la longitud de onda de la absorbencia, ν puede ser calculado:

\ NU = \ frac {1} {} \ raíz cuadrada {\ frac {k} {\ MU}} de 2 \ pi

donde está el resorte constante para el enlace, y &mu el k del ; es la masa reducida del sistema del A-B: \ MU del

l = \ frac {_B} del m_A. {m_A + m_B}

(m_i es la masa del átomo i).

Las masas reducidas para 16O-16O y 18O-18O se pueden aproximar como 8 y 9 respectivamente. Así

\ frac {\ nu_ {^ {16} O}} {\ nu_ {^ {18} O}} = \ raíz cuadrado {\} \ aproximadamente \ frac {832} {788} del frac {9} {8}

Fourier transforma la espectroscopia infrarroja

considera también: El Fourier transforma el

la espectroscopia El Fourier transforma la espectroscopia (FTIR) infrarroja es una técnica de medida para recoger los espectros infrarrojos. En vez de registrar la cantidad de energía absorbió cuando la frecuencia de la luz infrarroja se varía (monocromador), la luz del IR se dirige a través de un interferómetro . Después de pasar la muestra la señal medida es el interferograma. Realizando un matemático Fourier transformar en resultados de esta señal en un espectro idéntico a ése de la espectroscopia infrarroja (dispersiva) convencional.

Los espectrómetros de FTIR son más baratos que los espectrómetros convencionales porque el edificio de interferómetros es más fácil que la fabricación de un monocromador. Además, la medida de un solo espectro es más rápida para la técnica de FTIR porque la información en todas las frecuencias se recoge simultáneamente. Esto permite que haceas un promedio las muestras múltiples sean recogidas y juntas dando por resultado una mejora en sensibilidad. Debido a sus varias ventajas, virtualmente todos los espectrómetros infrarrojos modernos son instrumentos de FTIR.

Espectroscopia infrarroja de dos dimensiones

considera también:

infrarrojo de dos dimensiones del análisis de la espectroscopia El análisis infrarrojo de dos dimensiones de la espectroscopia de la correlación del es el uso del 2.o análisis de correlación en los espectros infrarrojos. Ampliando la información espectral de una muestra perturbada, el análisis espectral es simplificado y se realza la resolución.os espectros asincrónicos síncronos y 2.os representan una descripción gráfica de los cambios espectrales debido a una perturbación (tal como una concentración cambiante o una temperatura cambiante) así como la relación entre los cambios espectrales en dos diversos wavenumbers.

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infrarrojo de dos dimensiones no linear de la espectroscopia La espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear es la versión infrarroja de la espectroscopia de la correlación. La espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear es una técnica que ha estado disponible con el desarrollo de los pulsos infrarrojos del laser del femtosegundo. En este experimento primero un sistema de pulsos de la bomba se aplica a la muestra. Esto se sigue por un tiempo de espera, donde el sistema se permite relajarse. El tiempo de espera dura típicamente a partir de la cero a varios picosegundos y la duración se puede controlar con una resolución de diez de femtosegundos. Un pulso de la punta de prueba entonces se aplica dando por resultado la emisión de una señal de la muestra. El espectro infrarrojo de dos dimensiones no linear es un diagrama de dos dimensiones de la correlación del \ omega_1 de la frecuencia que fue excitado por los pulsos iniciales y el \ omega_3 de la bomba de la frecuencia emocionados por el pulso de la punta de prueba después del tiempo de espera. Esto permite la observación del acoplamiento entre diversos modos vibratorios. Debido a su resolución del período extremadamente culminante puede ser utilizada para supervisar dinámica molecular en un calendario del picosegundo. Sigue siendo una técnica en gran parte inexplorada y está llegando a ser cada vez más popular para la investigación fundamental.

Como en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de dos dimensiones (2DNMR) esta técnica separa el espectro en dos dimensiones y permite la observación de los picos cruzados que contienen la información sobre el acoplador entre diversos modos. En contraste con la espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear 2DNMR también implicar la excitación a las insinuaciones. Estas excitaciones dan lugar a los límites de absorción del estado emocionado situados debajo de los picos de la diagonal y de la cruz. En las técnicas distintas 2DNMR dos, el ACOGEDOR y el NOESY, se utilizan con frecuencia. Los picos cruzados en los primeros se relacionan con el acoplador escalar, mientras que en el más adelante se relacionan con la transferencia de la vuelta entre diversos núcleos. En la espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear los análogos han sido exhaustos a estas técnicas 2DNMR. La espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear con el tiempo de espera cero corresponde a ACOGEDOR y la espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear con el tiempo de espera finito que permite transferencia vibratoria de la población corresponde a NOESY. La variante ACOGEDORA de la espectroscopia infrarroja de dos dimensiones no linear se ha utilizado para la determinación de las proteínas del contenido de la estructura secundaria.

Ver también


Tabla de correlación infrarroja de la espectroscopia
El Fourier transforma la espectroscopia
cerca de la espectroscopia infrarroja
Espectroscopia vibratoria
Espectroscopia rotatoria
espectroscopia Tiempo-resolved
Espectroscopia
Vibración de Quantum
Espectroscopia de Raman
Peine de la frecuencia
Microscopia infrarroja
microspectroscopy fototérmico
Astronomía infrarroja
Astronomía del infrarrojo lejano

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