Espectroscopia de Infravermelho (por Transformada de Fourier)

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  • Espectroscopia Espectroscopia de de Infravermelho Infravermelho ((por por Transformada Transformada de de

    Fourier)Fourier)

    Maria Lcia Pereira da SilvaMaria Lcia Pereira da Silva

  • ndice Principais caractersticas

  • Exemplo da versatilidadeExemplo da versatilidade

    ~1020~1085

    R1R2R3-C-CH2-OHRCH2(CH3)CH-OH

    ~1050~1035

    R-CH2-CH2-OHR1R2-CH-CH2-OH

    1125-10851205-1125

    CH-OHC-OH

    Cm-11085-1030

    EspcieCH2-OH

  • CaracterCaracterstica stica principalprincipal Baseia-se no movimento de tomos

    quando ligados (freqncia) quantizado Modos de vibrao

    Molcula de n tomos

    3n-63n-5vibrao

    32Rotao

    33Translao

    No linearlinearModo de o. energia

  • Exemplo de vibrao: gua

  • Desvantagens Limite de deteco alto

    (resoluo) Vibrao inativa

    A-A B-A-B Sensvel condio

    macroscpica

    DesvantagensDesvantagens Limite de deteco alto

    (resoluo) Vibrao inativa

    AA--A BA B--AA--BB Sensvel condio

    macroscpica

    Outras caracterOutras caractersiticassiticas Vantagens

    Sensvel ao arranjo molecular

    Banda caractersitica CH3-OH Slido, lquido, gasoso

    VantagensVantagens Sensvel ao arranjo molecular

    Banda caractersitica CH3-OH Slido, lquido, gasoso

    Modos normais Modos normais de de vibravibraoo: : freqfreqncia ncia de de vibravibrao o a a mesma para todos os mesma para todos os tomos tomos

    (amplitude, (amplitude, masmas nono diredireoo))VibraVibraes degeneradases degeneradas: : vibravibraes es com a com a mesma mesma

    freqfreqnciancia

    HarmnicosHarmnicos: 2: 2, 3, 3BandasBandas de de combinacombinaoo: : 11+ + 22; 2; 211+ + 22

  • ConsideraConsideraes Geraises Gerais

    Energia envolvidaEnergia envolvida: 15.10: 15.10--21 21 jj

  • Por que ocorre Por que ocorre a a vibravibraoo??

    AcoplamentoAcoplamento: campo : campo eleltrico da onda trico da onda e e dipolo permanente da moldipolo permanente da molcula cula absorabsoroo

    RotaRotaoo: : importante em importante em gases. gases. Necessita Necessita de de dipolo permanente dipolo permanente desdobramento desdobramento de de linhas linhas do do vibracionalvibracional

  • Estados populadosEstados populados> T > T populados npopulados nveis veis >E >E intensidade intensidade

    do do espectro mudaespectro mudaTempo de Tempo de vida vida das das espespcies cies (())

    FaseFase gasosagasosa: : efeitoefeito Doppler; Doppler; pressopressoFase lFase lquidaquida, , sslidalida: : interainterao o

    intermolecular intermolecular alargamento alargamento de de bandabanda

  • Grupos caracterGrupos caractersticossticos: : = 1500 a 4000 cm= 1500 a 4000 cm--11VibraVibraoo de de esqueletoesqueleto:: = 50 a 1500 cm= 50 a 1500 cm--11

    TTcnicas experimentaiscnicas experimentais

    EmissoEmisso::

  • TTcnicas experimentaiscnicas experimentais

    AbsorAbsoroo::

    TransmissoTransmisso (idem (idem AbsorAbsoroo): ): mais velha mais velha e e mais conhecidamais conhecida* Luz * Luz polarizadapolarizada: : informainformao sobre o sobre orientaorientao unidirecional o unidirecional (ex.: (ex.: polpolmerosmeros))

  • Reflexo: superfcies refletoras ou de difcil

    transmisso

    External reflectance External reflectance spectroscopy spectroscopy

    til para filmes finos til para filmes finos (< 10 nm a 200 nm no (< 10 nm a 200 nm no mmximoximo))AnalisaAnalisa principalmenteprincipalmente superfsuperfciescies metmetlicaslicasLuz Luz polarizadaspolarizadas paralelamenteparalelamente aoao ngulongulo de de incidncia incidncia ngulo crngulo crtico tico interferncia da luz interferncia da luz ondas estacionondas estacionrias interagindo rias interagindo com o com o filme filme

    Bandas Bandas fracasfracasVidro ou Vidro ou material auto material auto suportantesuportante

  • Reflexo: superfcies refletoras ou de difcil transmisso

    Attenuated total reflectance (Internal Attenuated total reflectance (Internal reflectance spectroscopy) reflectance spectroscopy)

    Mais usada apMais usada aps transmissos transmissoEstudo Estudo de de superfsuperfcie cie e e corpo corpo ((bulkbulk) ) semicondutoressemicondutores

    ddpp profundidadeprofundidade de de penetrapenetrao o Meio Meio 2 2 menos denso menos denso a a onda no onda no se se propagapropaga

    Refletividade Refletividade X X coeficiente coeficiente de de absorabsoroo

    Necessita conhecer Necessita conhecer a a espessura efetivaespessura efetivaNa Na prprticatica: : depdepsito sito de de material material na na base de um base de um prisma prisma amostra dentro amostra dentro do do prismaprisma

    SSlidolido, , llquido quido e e solusoluo aquosao aquosa

  • Reflexo: superfcies refletoras ou de difcil transmisso

    Multiple internal reflectanceMultiple internal reflectance

    Muda Muda a forma de a forma de prismaprisma25 25 ou mais reflexesou mais reflexes

    UsoUso: : Lmina Lmina com com dupla deposidupla deposioo

  • Reflexo: superfcies refletoras ou de difcil transmisso

    Diffuse reflectance spectroscopyDiffuse reflectance spectroscopyUtilizaUtiliza FTIRFTIRAnalisa pAnalisa pRelacionaRelaciona: : coeficiente coeficiente de de espalhamento espalhamento X X reflexoreflexoDepende Depende do do tamanho tamanho e e distribuidistribuio o da partda partculacula

  • Espalhamento

    espalhamentoespalhamento: : til para microsctil para microscpio por pio por IVIVNenhum fenmeno ocorre Nenhum fenmeno ocorre separadamenteseparadamente

    AlAlm m disso: disso: Infrared Infrared ellipsometryellipsometry

    Espessuras Espessuras 10 10 -- 1000 nm1000 nmFTIR FTIR

  • instrumentaoPrisma Prisma X grade: X grade:

    PrismaPrisma::NaClNaCl 650 650 4000 cm4000 cm--11KBr KBr 400 400 4000 cm4000 cm--11CsI CsI 200 200 4000 cm4000 cm--11

    Grade: Grade: vantagens vantagens ResoluResoluo o superiorsuperiorLarga freqLarga freqnciancia

    MonocromadorMonocromador: : variavaria a a fenda fenda de de entrada entrada e e sasada da permitindo que permitindo que a a energia fique constanteenergia fique constanteFeixe Feixe simples x simples x duploduplo

    Fundo Fundo (background): (background): apresenta apresenta COCO22 e He H22O O => => duplo feixe corrige automaticamente duplo feixe corrige automaticamente o o fundofundo

  • instrumentao

    FonteFonte: : ElEltricotrico: : SiCSiCFilamentoFilamento: : zircniozircnio, , trio trio e e rbiorbio

    Detector: Detector: termopartermopar

  • FTIRMMtodo convencionaltodo convencional: :

    LimitaLimitao o no no monocromadormonocromadorResoluResoluo o E detector E detector

    >>rurudodo>> tempo de tempo de varreduravarredura

    FTIR: FTIR: BaseiaBaseia--se no se no interfermetro interfermetro de de MichelsonMichelson

  • FTIR: instrumentao FonteFonte: :

    Filamento Filamento a 1500 Ka 1500 K

    DetetorDetetor: : ProblemaProblema: tempo de : tempo de respostaresposta Componente eletrnico Componente eletrnico com com porta porta de de haletohaleto

    Espelho mEspelho mvelvel:: ProblemaProblema: : alinhamento alinhamento ((verver fig.)fig.)

    Modo Modo de de trabalho trabalho do FTIRdo FTIR1.1. Espectro daEspectro da fontefonte ((bgbg))2.2. EspectroEspectro dada amostraamostra3.3. SubtraSubtraoo do do espectroespectro

    TratamentoTratamento de dados:de dados: FranjaFranja padropadro: : padropadro de de interfernciainterferncia (laser) (laser) parapara

    localizarlocalizar DigitalizaDigitalizaoo ApodizaApodizaoo CorreCorreoo de de fasefase

  • Preparo Preparo de de amostraamostraAmostra secaAmostra seca: :

    HH22O O emite emite 3710 cm3710 cm--11, 1630 cm, 1630 cm--11

    HH22O dissolve O dissolve NaClNaClEstado sEstado slidolido: :

    Suspenso Suspenso de de parafina lparafina lquidaquidaFuso Fuso (T< 150(T< 150C)C)Pastilhas Pastilhas de de KBrKBr, , KClKCl

    Estado lEstado lquidoquido::LLquido puroquido puroSoluSoluoo: CCl: CCl44, CHCl, CHCl33, CS, CS22

    Estado gasosoEstado gasoso

  • AnAnlise lise de um de um espectroespectro

    Cuidados iniciaisCuidados iniciaisInteraInterao o molecularmolecular: : varia varia a a posiposio o dos dos comprimentos comprimentos de de onda onda e e alarga alarga a a bandabanda

    Ex.: Ex.: --CO CO gasoso gasoso => => varia varia de 100 de 100 a 200 cma 200 cm--11(( maiormaior) ) para para o o llquidoquidoCristaisCristais: : espalhamento espalhamento IV IV varia varia a a linha linha de basede baseSolventeSolvente: : no no polar, polar, no reativono reativoCalibraCalibrao o do do espectroespectro: : poliestirenopoliestireno

  • Bandas caracterBandas caractersticassticasQuanto maior Quanto maior o o dipolo permanente dipolo permanente => => maiormaiorabsorabsoroo

    --C=O C=O absorabsoro o forteforte

    CHCH33--CH=CHCH=CH22 absorabsoro fracao fraca

    CHCH33 fornce eletronsfornce eletrons => => diminuidiminui dipolodipolo

    Quanto maisQuanto mais simsimtricatrica a a molmolculasculas menosmenos ativaativa

    AnAnlise lise de um de um espectroespectro

  • Fatores que dificultamFatores que dificultam a a ananliselise--overtone e overtone e combinacombinaoo de de bandasbandas

    --DuplicaDuplicaoo de de bandasbandas (R. (R. FermiFermi))

    -- e overtone e overtone vem da mesma partevem da mesma parte

    --SimetriaSimetria

    --Pontes de H (Pontes de H (casocaso particular de particular de interainteraoointermolecular)intermolecular)

    --Importncia Importncia do do solventesolvente

    --VibraVibraes es de de esqueleto variam em esqueleto variam em freqfreqnciancia

    AnAnlise l