Espetroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA, INOVAÇÃO E MODELAGEM EM MATERIAIS -

MESTRADO ACADÊMICO

AUTOR: Rosemaire S. Santana de Oliveira

Dezembro/ 2014

Espectroscopia de Infravermelho(por Transformada de Fourier)

Introdução

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É um tipo de espectroscopia de absorção a qual usa aregião do infravermelho do espectro eletromagnético.

Baseia-se no fato de que as ligações química dassubstâncias possuem frequências de vibrações específicas asquais correspondem aos níveis vibracionais.

A freqüência ou comprimento de onda de uma absorçãodepende:

da constante de força das ligações da geometria dos átomos; das massas relativas dos átomos.

Figura 1: Espectroscopia do IVFonte: Thermo Nicolet Corporation

Introdução

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pode identificar materiais desconhecido

é possível determinar a quantidade de componentes emuma mistura.

A energia fornecida é de ordem de 4,4 a 48,0 KJ. mol-1

OrgânicosInorgânicosMoléculas complexas

IV próximo l = 0.78 - 2.5 µm

n = 12800 – 4000

IV médio l = 2.5 - 25 µm

n = 4000 – 400

IV distante l = 25 - 1000 µm

n = 400 –10

Introdução

Para absorver radiação no IV uma molécula deve ter

variação no momento dipolo (Δμ ≠ 0) como

consequência de seu movimento de rotação ou vibração

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Introdução

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Absorção no IV é quantizado.

Vibrações moleculares

Estiramento ou axial:

- Estiramento simétrico

- Estiramento assimétrico

Deformação angular:

- Angular simétrica no plano (tesoura)

- Angular assimétrica no plano (balanço)

- Angular simétrica fora do plano (torção)

- Angular assimétrica fora do plano (abano)

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Vibrações moleculares

Molécula não-lineares

As moléculas lineares

3N – 6

3N – 5

» Para moléculas muito grandes e com diferentes tipos de ligação

muitos modos de vibração espectros complexos.7

Figura 2: Molécula com N átomos.Fonte: GUIMARAES, 2011

Vibrações moleculares

No caso da água, podem ser observadas três vibrações

no espectro de IV.

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3(3)-6= 3

Frequência de vibração (n)

A equação derivada da lei de Hooke calcula

aproximadamente a frequência da vibração:

21

21

mm

mm

=

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Efeitos que afetam a frequência

Tipo de ligação (simples, dupla ou tripla)

Efeito da massa do átomo envolvido na vibração

Tipos de vibrações

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Efeito de hibridização

A hibridização afeta a constante de força, k. Ligações são mais fortes na ordem:

e as freqüências observadas para as vibrações deC – H ilustram isso facilmente:2900cm-1

sp > sp2 > sp3

sp sp2 sp3

Ξ C – H =C – H –C – H

3300cm-1 3100cm-1 2900cm-1

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Absorções em moléculas orgânicas

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Figura 3: Regiões de interesse no espectro IV. Fonte: Material didático do professor Pissani

Absorção características de alguns grupos funcionais mais comuns

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Instrumentação

São classificados em:

dispersivos (feixe simples e feixe duplo)

não dispersivos (FTIR)

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tem como princípio o interferômetro de Michelson.

InstrumentaçãoEspectrofotômetros dispersivos

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Fonte de radiação Monocromador Compartimento da amostra Detector

InstrumentaçãoFTIR

16Figura 4: Instrumento não dispersivo- FTIRFonte: Thermo Nicolet Corporation

InstrumentaçãoFTIR

Dois espelhos planos posicionadosperpendicularmente um ao outro. Um espelho semitransparentealinhado com a fonte de radiação. Retornando ao separador defeixes, recombinando e sofreinterferência. O raio vai em direção a amostra eem seguida ao detector édenominado de radiaçãotransmitida. Os espectros são obtidos pelocálculo da transformada de Fourierdo referido interferograma.

17Figura 5: Interferômetro de MichelsonFonte: Gasmet Technologies

Vantagens

É uma técnica não destrutivaAlta velocidade de análise Alta resolução espectral Alta sensibilidade Excelente precisão e exatidão em relação ao comprimento de ondaMelhoria na razão sinal-ruído. A amostra fica pouco tempoem contato com a radiação.

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Vantagens

A resolução não é determinada pelo tamanho do feixe, maspelas viagens do espelho móvel e o número dos dadosrecolhidos durante a viagem.

Em vez de um monocromador, um interferômetro para medirfreqüências múltiplas simultaneamente, produzindo uminterferograma que é recalculado usando algoritmos complexospara dar o espectro original.

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Calibração

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Os espectrômetros FTIR emprega um laser HeNe como umpadrão de calibração de comprimento de onda interna, não hánecessidade de ser calibrado pelo usuário.

Preparação das amostras

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• São analisados na forma de película. A gota do líquido é apertado entre placas de cloreto de sódio formando uma camada de 0,01mm de espessura.

• Em soluções.

Líquido

• Solúveis- dissolvidos e examinados.

• Insolúveis- tritura e mistura com KBr, comprimido e prensado, formando disco de 2cm de diâmetro.

Sólido

• amostra se expanda em uma célula.Gasoso

Preparação das amostras

Células para gases

Prensa manual

Cristais e pó de KBr

Molde evacuável paraempastilhamento

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Diferenças entre o IV e o Raman

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Raman IV

É devido à espalhamento da luz pelas moléculas de vibração.

É o resultado da absorção de luz pelas moléculas de vibração.

Ativa se ela provoca uma mudança na polaridade.

Se houver uma alteração no momento de dipolo durante a vibração.

A água pode ser usada como um solvente. A água não pode ser usado devido à sua absorção intensa.

A preparação da amostra não é muito elaborado, amostra pode ser quase em qualquer estado.

A preparação da amostra é elaborada.

Custo de instrumentação é muito alta Comparativamente barato.

Comparação dos espectros de absorção no infravermelho FTIR e Raman

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Esta complementaridade é devido à característica elétrica da vibração.

Preparação e caracterização do pluronic F127-b-poli(ε-caprolactona)

Pluronic F127

Poli( ε-caprolactona)- PCL

25PCL-F127-PCL

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C=O

O-H

C-H

O-C-O

Espectros FTIR do Pluronic F127 e Pluronic F127-CLx

Pluronic como no gelificação in situ F127-g-poli (ácidoacrílico) veículo para o sistema de distribuição de drogasoftálmicas

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Pluronic F127 (a)

Poli( ácido acrílico)-PAA

Fonte: Dissertação de mestrado de Maria Lima

28Espectro de FTIR do Pluronic F127 (a), PAA (b) e o copolímero Pluronic-g-PAA (c).

C=O C-O-C

C-O-C

C=O

O-H

Referências bibliográficas

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MA, Wen-Di. Pluronic F127-g-poly(acrylic acid) copolymers as in situ gellingvehicle for ophthalmic drug delivery system. International Journal of Pharmaceutics, 2008. 350:247–256.

LIMA, M. S. P. Preparo e caracterização de membranas de quitosana modificadas com Poli( ácido acrílico). Tese ( mestrado em Química) Universidade Federal do Rio Grande doNorte. Natal. 2007.

RODRIGUEZ-SAONA , L.E. ; ALLENDORF, M.E. Use of FTIR for Rapid Authentication andDetection of Adulteration of Food. Rev. Food Sci. Technol. 2011. 2: 467–83.

ALVES O. L. Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier: felizcombinações de velhos conhecimentos de Óptica, matemática e Informática. 1-21.

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GUIMARAES C. Espectroscopia Raman e Infravermelho na molécula (4E)-4((E)-3-fenilalilidenomanino)-1,2-dihidro-2,3-dimetil-1-fenilpirazol-5-ona. Tese( Mestrado em Física)- Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Física, Cuiabá, 2011.

http://www.gasmet-usa.com/images/Introduction_to_FTIR_Eng_v1.1_.ppt acessado em 01 de Dezembro de 2014.