Espectroscopia de infravermelho

A espectroscopia no infravermelho é um tipo de espectroscopia de absorção, em que a energia absorvida se encontra na região do infravermelho do espectro eletromagnético.

Como as demais técnicas espectroscópicas, a espectroscopia de infravermelho pode ser usada para identificar um composto ou investigar a composição de uma amostra.

Esta técnica se baseia no fato de que as ligações químicas das substâncias possuem frequências de vibração específicas, as quais correspondem a níveis de energia da molécula (chamados nesse caso de níveis vibracionais). Tais frequências dependem da forma da superfície de energia potencial da molécula, da geometria molecular, das massas dos átomos e eventualmente do acoplamento vibrônico.

As ligações podem vibrar de seis modos: estiramento simétrico, estiramento assimétrico, tesoura, torção (twist), balanço (wag) e rotação, que se encontram representados a seguir:

Estiramento simétrico

Estiramento assimétrico

Tesoura ou dobramento angular

Torção (twist)

Balanço (Wag)

Rotação

A fim de se fazer medidas em uma amostra, um feixe de radiação infravermelha passa pela amostra, e a quantidade de energia transmitida é registrada. Pode-se registrar a quantidade de energia absorvida ou até mesmo espalhada, mas na espectroscopia de infravermelho é mais comum utilizar a energia transmitida, ou seja, a energia que sobra após a amostra absorver a radiação incidida.

Repetindo-se esta operação ao longo de uma faixa de comprimentos de onda de interesse (normalmente 4000-400 cm-1) um gráfico pode ser construído, sendo a abscissa o valor da energia (lembrando que a equação de Planck relaciona comprimento de onda com energia), em que comumente utiliza-se "número de onda" (unidade cm-1) e transmitância em % no eixo vertical.

Quando olhando para o gráfico de uma substância, um usuário experiente pode identificar informações dessa substância nele.

Esta técnica trabalha quase que exclusivamente em ligações covalentes, e é de largo uso na Química, especialmente na Química orgânica.

Gráficos bem resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma única substância com elevada pureza, porém, a técnica costuma ser usada para a identificação de misturas bem complexas.

Espectrofotômetro com Transformada de Fourier (FTIR)

Basicamente, um Espectrômetro com Transformada de Fourier, funciona da seguinte maneira:

A radiação no infravermelho atravessa a amostra a ser analisada, a radiação transmitida é comparada com aquela transmitida na ausência de amostra. O espectrômetro registra o resultado na forma de uma banda de absorção.

O espectrômetro com transformada de Fourier (FTIR), utiliza um interferômetro de Michelson, que tem a finalidade de dividir o feixe da radiação da fonte de infravermelho de tal forma que ele reflita simultaneamente a partir de um espelho em movimento e de um espelho fixo. Os feixes refletidos voltam a se combinar e passam através da amostra para o detector e são reproduzidos na forma de um gráfico de tempo contra a intensidade do sinal denominado de interferograma.

Método típico de análise por FTIR

Um feixe de luz infravermelha é produzido e dividido em dois raios separados. Um passa pela a amostra, e o outro por uma referência que é normalmente a substância na qual a mostra está dissolvida ou misturada. Ambos os feixes são refletidos de volta ao detector, porém primeiro eles passam por divisor que rapidamente alterna qual dos dois raios entra no detector. Os dois sinais são comparados e então os dados são coletados.

Método com ATR (Attenuated total reflection)

A reflexão total atenuada (ATR) é uma técnica de amostragem usada em conjunto com a espectroscopia de infravermelho que permite que as amostras sejam examinadas diretamente no estado sólido ou líquido sem preparação de amostras adicional.

A espectroscopia de infravermelho (IR) por ATR é aplicável aos mesmos sistemas químicos ou biológicos que o método de transmissão. Uma vantagem do ATR-IR sobre a transmissão-IR é o comprimento limitado do caminho na amostra. Isso evita o problema da forte atenuação do sinal IR em meios altamente absorventes, como soluções aquosas. Além disso, como não é necessário estabelecer um caminho de luz, são utilizadas sondas de eixo único para monitoramento de processo e são aplicáveis tanto no espectro infravermelho próximo quanto no infravermelho médio.

Exemplo de aplicações

Os espectrofotômetros com transformada de fourier (FTIR) são utilizados em diversas aplicações nas mais variadas indústrias. Listemos abaixo alguns exemplos de aplicações:

• Análise de polímeros usados em embalagens farmacêuticas
• Método automatizado de triagem de FT-IR para identificação de cocaína em amostras apreendidas de drogras
• Determinação dos Níveis de Antioxidante Fenólico (DBPC e DBP)
• Determinação quantitativa de tipos comuns de amianto por refletância difusa FTIR
• Identificando contaminantes em polímeros sintéticos e borrachas usando imagens de micro-ATR FTIR

Comentários finais

Espero que vocês tenham gostado do artigo e que as informações aqui contidas lhes tenham sido úteis.

Um forte abraço,

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Referências

1. Wikipedia: Espectroscopia de infravermelho
2. Wikipedia: Attenuated total reflectance
3. Agilent Technologies: FTIR Products
4. F. M. Mirabella, Jr., Practical Spectroscopy Series; Internal reflection spectroscopy: Theory and applications, Marcel Dekker, Inc.; Marcel Dekker, Inc., 1993, 17-52.
5. Lampman, Gary M.; Kriz, Georde S.; Vyvyan, James R., Introdução à Espectroscopia - Tradução da 5a ed. Norte Americana, 2015.