Fundamentos y Aplicaciones de la Espectroscopía Infrarroja en el Entorno Material

Fundamentos de la Espectroscopía Infrarroja (IR)

La espectroscopía IR estudia la interacción entre la materia y el entorno. Esta técnica analiza cómo la radiación afecta a los niveles de vibración de las moléculas.

Zonas del Espectro Infrarrojo

Se divide en tres zonas principales, cuya relación con la energía de radiación es directamente proporcional:

• Próximo: 12500 - 4000 cm^-1
• Medio: 4000 - 660 cm^-1
• Lejano: 660 - 50 cm^-1

Se denomina IR por encontrarse por debajo del espectro visible, específicamente del color rojo. Para que la radiación electromagnética sea absorbida por la molécula, debe poseer una energía equivalente a la diferencia entre los niveles energéticos de la misma, lo cual depende de su naturaleza.

Modos de Vibración Molecular

Existen dos tipos fundamentales de vibración:

• Tensión: Afectan a la distancia del enlace (simetría/asimetría).
• Flexión o deformación: Afectan al ángulo del enlace (balanceo/tijereteo en el plano, aleteo/tensión fuera del plano).

Cuando la energía de la luz incidente es igual a la diferencia de nivel establecida por la vibración de tensión o deformación, se produce la absorción de luz, generando una banda característica en el espectro. Existen absorciones fundamentales y sobretonos.

Espectroscopía IR Medio: Transformada de Fourier

Los equipos modernos utilizan la Transformada de Fourier (FTIR), ofreciendo las siguientes ventajas:

1. Rapidez: Obtención de espectros mediante la medida simultánea de la energía absorbida a todas las longitudes de onda.
2. Relación señal/ruido: Permite múltiples barridos para una misma muestra, calculando la media y mejorando la calidad de la señal.
3. Exactitud: La identificación de las bandas es mucho más precisa.
4. Sensibilidad: Mayor capacidad de detección.

Para muestras sólidas se emplea la técnica de Reflectancia Total Atenuada (ATR). Sus aplicaciones incluyen el análisis cuantitativo (contaminantes atmosféricos industriales) y el análisis cualitativo (identificación de grupos funcionales).

Espectroscopía IR Cercano (NIR)

Se caracteriza por bandas de absorción con sobretonos, involucrando enlaces como C-H, N-H y O-H. Es altamente sensible debido a la intensidad de las bandas.

Aplicaciones y Limitaciones

Aplicaciones principales:

• Determinación de agua en glicerol, películas orgánicas y ácido nítrico.
• Análisis cuantitativo de fenoles, alcoholes y ácidos orgánicos mediante el primer sobretono de la vibración O-H (7100 cm^-1).
• Identificación de ésteres, cetonas, ácidos carboxílicos y aminas.
• Uso en el sector agrícola para medir proteínas, humedad, almidón, aceites y celulosa.

Ventajas: Técnica rápida, no requiere preparación de muestra, permite cuantificaciones múltiples, uso de equipos portátiles e integración en sistemas de proceso.

Desventajas: Sensible para componentes mayoritarios pero no para minoritarios. La calibración es costosa, depende de métodos de referencia y no es transferible entre distintos tipos de muestra.