espetroscopia no infravermelho com transformada de fourier
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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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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
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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.