Saludos amigos amantes de la ciencia, como bien saben últimamente he estado escribiendo artículos referentes a la espectroscopia, en esta ocasión quiero seguir por la misma línea de publicación, ya que esta área es sumamente extensa y presenta un sin fin de técnicas y aplicaciones en la ciencia, es por ello que me gustaría hablar de todo lo referente a la espectroscopia sin dejar absolutamente ninguna técnica por fuera.

La espectroscopia infrarrojo mejor conocida como espectroscopia IR se puede decir que es un tipo de técnica espectroscópica basada en la absorción, es decir, se encarga del estudio de cómo las moléculas absorben la radiación infrarroja y finalmente la convierten en calor. En esta técnica se usa la región del infrarrojo del espectro electromagnético y como las demás técnicas espectroscópicas sirve para identificar composición química de diversos materiales.

Esta técnica es usada principalmente por los químicos, ya que su uso principal está aplicado en la química orgánica e inorgánica, mide las vibraciones de los átomos dentro de la molécula y a partir de esto determina grupos funcionales de diferentes compuestos. El análisis de la luz infrarroja que interactúa con dicha molécula es el principio básico de la espectroscopia IR, y esto se puede estudiar de tres formas al medir, la absorción, emisión y reflexión. A través de esto es posible observar estructuras de cualquier compuesto químico unido con enlaces covalentes, en este caso los compuestos orgánicos.

Es una herramienta primordial y sumamente útil para poder verificar este tipo de análisis y traducirlos en resultados confiables. Sabemos que diferentes enlaces químicos tienen la capacidad de absorber frecuencias de infrarrojo y esta técnica muestra las vibraciones de los átomos de dicha frecuencia, que se puede mostrar a través de "números de onda" de acuerdo al tipo de enlace que contenga el compuesto. También es muy usada para la medición del grado de polimerización en diferentes polímeros, este presenta cambios en el carácter de cierto enlace y a partir de esto se analizan midiendo la frecuencia específica con el tiempo. Bastante interesante no!.

La espectroscopia IR posee grandes ventajas y es que podemos usarla para estudiar cualquier tipo de espécimen en prácticamente todos los estados de la materia como sólidos, líquidos, soluciones, películas, pastas, fibras y gases que permiten estudiar a través de una selección de la técnica de barrido. A medida que han transcurrido los años se ha perfeccionado esta técnica y se ha usado en diversos campos científicos, ya que en la actualidad diversos instrumentos pueden recoger mediciones de IR a 32 veces por segundo, mientras que también pueden realizar mediciones simultáneas usando otras técnicas, transformando las reacciones de compuestos químicos mucho más rápido y preciso.

Cuando las moléculas absorben frecuencias de su estructura, están por lo general tienden a oscilar con mayor amplitud en frecuencias específicas, esto quiere decir que cuando la espectroscopia IR explota en las moléculas la frecuencia de la radiación que absorben estas moléculas se encuentra con la frecuencia de vibración de los átomos, por lo tanto, la energía dentro de las moléculas es afectadas las masas de los átomos y el acoplamiento vibratorio asociado en este fenómeno.

Las frecuencias de resonancia también están relacionadas con la fuerza del enlace y la masa de los átomos en cada extremo del mismo. Por lo tanto, la frecuencia de las vibraciones está asociada con un modo de movimiento normal particular y un tipo de enlace particular.

Como mencionaba la espectroscopia IR determina el número de modos vibracionales dentro de la estructura de un compuesto. En un espécimen se puede obtener un "IR activo", esto quiere decir que el modo de vibración se asocia al cambio de dipolo, por lo general no se necesita un dipolo permanente, ya que se requiere solo un cambio en el momento del dipolo. Dentro de los modos vibracionales se tienen dos tipos que son, la flexión y la tensión. La primera se origina particularmente por los cambios que ocurren en el ángulo donde se forman los enlaces de cada átomo, y el segundo presenta el cambio de distancia interatómica entre los enlaces de dos átomos.

El significado de todo esto es cuando la luz del infrarrojo golpea cierta molécula, los enlaces de la molécula absorbe toda la energía necesaria del infrarrojo para transmitir la señal y estos responden vibrando y es aquí donde los científicos llaman a estos modos de vibración de la siguiente forma:

^{Vibraciones implicadas en el CH_n}

Los átomos en un grupo CH 2 X 2 , que se encuentran comúnmente en compuestos orgánicos y donde X puede representar cualquier otro átomo, pueden vibrar de nueve formas diferentes. Seis de estas vibraciones implican sólo el CH 2 parte: simétrico y antisimétrico de estiramiento, de tijera, de balanceo, moviendo y girando, Como se muestra abajo. Las estructuras que no tienen los dos grupos X adicionales conectados tienen menos modos porque algunos modos están definidos por relaciones específicas con esos otros grupos adjuntos. Por ejemplo, en el agua, los modos de balanceo, movimiento y giro no existen porque estos tipos de movimientos de la H representan una rotación simple de toda la molécula en lugar de vibraciones dentro de ella.

También podemos decir que un espectro IR característico de un espécimen viene siendo la huella dactilar de dicho material, cada molécula presenta un espectro IR característico, porque todas las moléculas dentro del material presentan vibraciones, que al activarse generan la absorción de una determinada longitud de onda del espectro electromagnético correspondiente a la zona infrarroja.

Dicho esto, a nosotros analizar cada longitud de onda que es absorbida en la zona infrarroja, podemos obtener información importante relacionada con cada molécula que compone una sustancia o material.

Las bandas de absorción es otro punto importante a destacar en la teoría IR, estas bandas son usadas para identificar todo tipo de estructuras moleculares ya que los grupos funcionales tienden a generar bandas características de cada material, interpretadas en terminas de intensidad y frecuencia.

^{Absorciones IR licencia Creative Commons Atribución 3.0}

Ahora bien, para toda técnica se necesita una previa preparación del espécimen que se desea analizar, en este caso la espectroscopia IR está dividida en 3 partes, muestras líquidas, muestras sólidas y muestras gaseosas. Cada una requiere su respectiva preparación característica.

La preparación de las muestras para este tipo de análisis es algo simple, solo debemos tener en cuenta algunos puntos importantes como, por ejemplo, para elaborar las placas se debe usar materiales como KBr, NaCl, ya que las sales son transparentes a la radiación del infrarrojo

En las muestras líquidas se pueden usar dos placas de haluros alcalinos altamente purificados, es decir, sales como cloruro de sodio NaCl y de igual forma bromuro de potasio KBr. Se debe usar disolventes orgánicos como el cloroformo, porque los disolventes que contienen agua pueden disolver las sales. El grosor debe estar en el rango de 0.01-0.05 nm.

En muestras sólidas muchos científicos trituran la muestra con el haluro alcalino como el KBr. Para esto también usan un aceite un aceite mineral. Una fina película del mull se aplica sobre placas de sal y se mide. De igual forma existen otros métodos de preparación como: como disolver en un disolvente que no contenga agua para que no exista contacto químico con el disolvente y que el disolvente no dañe el rango que se desea estudiar, para esto generalmente se coloca una pequeña gota de solución en una placa de metal elaborado con sal y luego el disolvente tiende a evaporarse dejando como resultado una película delgada de soluto.

Otro método que se usa cuando tenemos un sólido amorfo es depositar la muestra en KBR o NaCl a través de la evaporación de la solución del sólido y debe tener en cuenta que la película no debe ser muy gruesa.

Y finalmente una técnica muy usada que recibe el nombre de pellet prensado que consiste en depositar una pequeña cantidad del espécimen totalmente triturado o hecho polvo, luego se debe mezclar con KBr y posteriormente es comprimido en un pellet muy delgado y transparente por medio de una prensa.

Las muestras gaseosas son bastante sencillas de preparar, estas no requiere mucho trabajo y es básicamente la misma preparación de una muestra líquida, a diferencia que se necesita una muestra con un largo recorrido aproximadamente de 5-10 cm, esto se realiza ya que generalmente los gases presentan una absorbancia muy débil.

En resumen la espectroscopia del infrarrojo es usada en diversos campos de la ciencia ya que posee diversos recursos importantes para identificar materiales, además de su fácil manejo es una técnica muy fiable, rápida para cualquier tipo de medidas y brinda una calidad indudable y sus análisis son muy dinámicos. La instrumentación es fácil de armar y son pequeños, puedes llevarlos a cualquier lugar y armarlos con total facilidad. Su aplicación más usada consiste en el análisis cualitativo y detección de moléculas presentes en un material.

En próximos post hablaré un poco de algunos acoples a este tipo de espectroscopia como FTIR Y UV (transformada de fourier y ultravioleta).

Espero mi lectura os sea de su agrado..Nos vemos!!