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Prof. Alosio J.B. Cotta
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Bibliografia: Cap 26 do SKOOG ou
Cap 16 Princpios de Anlise Instrumental
Cap 18
Infravermelho
Todos os comprimentos de onda do espectro eletromagntico tm associados uma certa quantidade de energia, dada por:
h = cte. Plank (6,6x10-34j.s), c = vel. Luz (3x108m/s), l = comprimento de onda
l
ch
hfE
E
Comprimento de onda (l)
mm = 10-6m
Nmero de onda (n )
Calcule o nmero de onda da radiao de 2,50m.
)(
1)( 1
cmcm
ln
Exerccio:
Quanto tempo (em minutos) um fton emitido do sol
gasta para chegar a Terra?
V = d/t
3x108 (m/s)= 150x106 (km)x1000 (m)/t (s)
t (s) = 150x109 /3x108 = 500 seg => 500/60 = 8 min e 20 seg.
O infravermelho (IV ou IR) compreende radiao com nmeros de onda de aproximadamente 12.800 a 10 cm-1 ou comprimentos de onda de 0,78 a 1.000 mm.
A radiao infravermelha (IV) uma radiao no ionizante na poro invisvel do espectro eletromagntico
http://www.portaleducacao.com.br/farmacia/artigos/28426/espectrometria-no-infravermelho/pagina-1
IV prximo l = 0,78 a 2,5 mm
n = 12,820 a 4.000 cm-1
IV mdio l = 2,5 a 50,0 mm
n = 4000 a 200 cm-1
Faixa mais usada
IV distante l = 50,0 a 1000 mm
n = 200 a 10 cm-1
Calcule os limites destas faixa em termos de frequncia.
3,8x1014 1,2x1014
Hz
1,2x1014-6,0x1012
Hz
6,0x1012 3,0x1011 Hz
A radiao IV no energtica o suficiente para causar as transies eletrnicas que encontramos na radiao UV e Vis.
Absoro do IV: A frequncia da radiao que absorvida corresponde a freqncia de vibrao de grupos das molculas.
Quando uma molcula absorve radiao IV passa
para um estado de energia excitado.
Aps a absoro, verifica-se que a vibrao passa a
ter uma maior amplitude
Para absorver radiao no IV uma molcula deve ter variao no momento dipolo ( 0) como
consequncia de seu movimento de rotao ou
vibrao
Existem um grande nmero de vibraes possveis. As mais comuns so:
Estiramentos axiais:
Estiramento simtrico
Estiramento assimtrico
Deformao angular:
Angular simtrica no plano (tesoura)
Angular assimtrica no plano (balano)
Angular simtrica fora do plano (toro)
Angular assimtrica fora do plano (abano)
Grades com 300 e 100 ranhuras/mm
para 2 a 5 m e 5 a 16 m. Feitas em KBr ou NaCl
INSTRUMENTOS ANTIGOS:
A radiao infravermelha no suficientemente
energtica para causar a fotodecomposio, por
isso, a amostra pode receber toda radiao da
fonte.
O monocromador fica depois da amostra, pois
muitas amostras so bons emissores de radiao
IV.
Os componentes pticos dos instrumentos IV so
construdos de cristais polidos de sais, NaCl e KBr.
Cancela o efeito
do CO2(g) e H2O(g)
desempenho dos detectores trmicos so
muito inferiores quelas dos fototubos
Detector trmico
tem superfcie
enegrecida que
absorve IV
aumentando, a
sua temperatura.
A variao de T
convertida em
sinal eltrico, que
amplificado e
medido.
1 ou + pares de junes de
metais diferentes que
desenvolvem uma diferena
de potencial quando suas
temperaturas diferem
Instrumentos com Transformada de Fourier
CARACTERSTICAS:
Alta velocidade de anlise
Alta resoluo espectral
Alta sensibilidade
Excelente preciso e exatido em relao ao comprimento de onda
Custo razovel
Os instrumentos com transformada de Fourier no apresentam
nenhum elemento dispersivo e todos os comprimentos de onda
so detectados e medidos simultaneamente.
Em vez de um monocromador, um interfermetro usado para produzir
padres de interferncia que contm a informao espectral do IV.
Instrumentos com Transformada de Fourier
CARACTERSTICAS:
A maioria do tipo de feixe nico.
Primeiro obtm-se um espectro do
fundo (dito: background), isto o
espectro do solvente, H2O e CO2
presentes no ambiente e depois, mede-
se o espectro da amostra.
Finalmente, a % Transmitncia versus
o comprimento de onda registrada.
Freqentemente, os instrumentos de
bancada purgam o espectrmetro com
um gs inerte ou ar seco, livre de CO2 ,
para reduzir o background.
Requer um computador de alta
velocidade para realizar os clculos da
transformada de Fourier.
Interfermetro de Michelson
o divisor de feixe, um
espelho semiprateado similar
aos espelhos de um s lado
Instrumentos com Transformada de Fourier
O divisor de feixe permite que uma
frao do feixe passe atravs do
espelho enquanto outra frao
refletida.
Esse dispositivo funciona nas duas
direes, assim a luz que atinge
qualquer um dos lados do divisor seja
parcialmente refletida e parcialmente
transmitida.
Os dois feixes (A e B) convergem sobre o detector e formam um padro
de interferncia.
Deslocando-se o espelho mvel se
altera, o padro de interferncia, assim
se obtm radiao com diferentes . Uma amostra absorvente inserida no
caminho do feixe e o interferograma da
amostra registrado.
Interfermetro de Michelson
o divisor de feixe, um
espelho semiprateado similar
aos espelhos de um s lado
Os feixes A e B percorrem
distancias
diferentes, e por
isso qdo so
recombinados em
direo do
detector
apresentam uma
diferena de fase.
A Transf. Fourier toma os sinais de amplitude no domnio do tempo e os converte em amplitude no domnio de
freqncia
qualquer combinao de ondas
senoidais pode ser decomposta em
uma srie de senides de
freqncia conhecida.
laser
750 cm-1
1270 cm-1
estiramento
toro
Gases
Solues
As janelas comumente esto feitas de
NaCl, KCl ou CsBr.
ZnSe, AgCl, BaF2 permite uso de gua
como solvente por ser insolvel.
As amostras so dissolvidas em
solventes como tetracloreto de
carbono (CCl4) e dissulfeto de carbono
(CS2), clorofrmio (CHCl3),
diclorometano (CH2Cl2), acetonitrila
(CH3CN).
Alcois e gua so evitados.
Slidos
Slidos
produo de discos de KBr
Cristais e p de KBr
1mg de amostra + 100 mg de KBr
so triturados e prensados. Depois de secos so analisados!!!
Identificar os provveis grupos funcionais
Alcanos
3000-2800
1500-1400
3200
lcool
3200banda
larga.
Observe que os picos
em 1500 (C-H)
se modificam
bastante
http://chemwiki.ucdavis.edu/Wikitexts/UCD_Chem_205:_Larsen/ChemWiki_Module_Topics/Infrar
ed:_Interpretation
balano
http://orgchem.colorado.edu/Spectroscopy/irtutor/alkenesir.html
Octeno em azul e octano em vermelho
Indica lcool
Com forte lig de H
1750
Metanal ou formaldedo
cm-1
http://www.mymcat.com/wiki/IR_Spectroscopy
Bandas de Abs representando as transies vibracionais dos grupos funcionais da
molcula. Qdo em soluo as transies rotacionais no so percebidas (degeneradas dentro das Vibracionais).
Espectro de Absoro no IV
ter
Alqueno
Fraca absoro
Grupo Funcional grupo Faixa (cm-1)
Alcool e cidos O-H Pico largo (banda) 3200-3500
Aminas N-H Pico 3300-3500
Alcanos C-H Pco 2800-3000
Cetonas e cidos C=O Pico 1700-1800
Ligaes triplas CC ou CN Pico 2200 (2100-2300)
Estiramento
C-H sp3 Estiramento
C=O
Num espectro deve ser observadas algumas caractersticas das bandas (picos) de absoro.
Caracteriza-se pela Intensidade e forma
Quando uma absoro intensa e estreita aparece em 1715cm-1 caracterstico de estiramento de ligao C=O (carbonila)
S o nmero de onda pode no ser suficiente para caracterizar uma ligao. O C=O e C=C absorvem na mesma regio do espectro de infravermelho, porm no se confundem!
C = O 1850 1630cm-1
C = C 1680 1620cm-1
C=O
C=C
Enquanto a ligao
C=O absorve
intensamente, a
ligao C=C,
absorve apenas
fracamente,
evitando assim
qualquer confuso
No que se refere forma, esta tambm importante, pois pode caracterizar melhor uma ligao.
Neste caso as regies das ligaes N H e O H se sobrepem
O H 3640-3200cm-1
N H 3500-3300cm-1
O-H
C-H C-H
NH2
teres so diagnosticados pela ausncia de absoro
devido ao estiramento OH e a presena de uma forte
absoro referente ao estiramento C-O que aparece
em 1130 cm-1.
ter etlico
A hibridizao afeta a fora da ligao:
sp > sp2 > sp3
e as freqncias observadas para as vibraes de C H ilustram isso facilmente:
sp sp2 sp3
C H =C H C H 3300cm-1 3100cm-1 2900cm-1
C6H12
1 insaturao = 1 alqueno
C=C sp3 C-H
sp2 C-H
1-hexeno
=CH
Banda de
cadeia longa 2 caractersticas
do mesmo grupo
Todo alqueno apresenta bandas em >3100 e em 1650cm-1.
C8H18O
O-H C-H sp3
CH2
CH3
C-O
C8H18O
3-Octanol
Banda de
cadeia longa
Pode ser diversos
lcoois
C8H18O
CH2
sp3 C-H C-O
CH3
Sem insaturaes
CH2
CH3
C8H18O
butirolactona
Com base no
espectro identifique
o composto
O espectro apresenta bandas em
1750 (C=O) e em valores
Indique para cada uma, que picos de absoro so esperados e como
a ausncia de alguns picos pode ajudar na identificao.
1750
C=O
C-H
Banda