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

2

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

3

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

4

Introdução

5

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)

6

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.

8

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

=

9

Efeitos que afetam a frequência

Tipo de ligação (simples, dupla ou tripla)

Efeito da massa do átomo envolvido na vibração

Tipos de vibrações

10

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

11

Absorções em moléculas orgânicas

12

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

Absorção características de alguns grupos funcionais mais comuns

13

Instrumentação

São classificados em:

dispersivos (feixe simples e feixe duplo)

não dispersivos (FTIR)

14

tem como princípio o interferômetro de Michelson.

InstrumentaçãoEspectrofotômetros dispersivos

15

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.

18

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.

19

Calibração

20

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

21

• 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

22

Diferenças entre o IV e o Raman

23

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

24

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

26

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

27

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

29

ZHOU, Qi. et al. Preparation and characterization of thermosensitive pluronicF127-b-poly(-caprolactone) mixed micelles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011. 86: 45–57.

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.

Referências bibliográficas

30

PASQUINI C. Near Infrared Spectroscopy: Fundamentals, Practical Aspects and Analytical Applications. J. Braz. Chem. Soc. 2003. 14: 198-219.

LIMA, M. S. P. Preparo e caracterização de membrana de quitosana modificadas com oPoli(ácido acrílico). Dissertação de mestrado. Natal, Novembro de 2006.

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.