Fundamentación teórica de la espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier

Abstract

La espectroscopia infrarroja (Espectroscopia IR) es la rama de la espectroscopia que trata con la parte infrarroja del espectro electromagnético [1]. Es sin duda una de las técnicas de caracterización de materiales disponibles más importantes con la que cuentan los científicos de hoy en día. Una de las grandes ventajas de esta técnica es que se pueden estudiar muestras en cualquier conformación: líquidos, soluciones, pastas, polvos, películas, fibras, gases, cada uno de ellas con la técnica adecuada de muestreo. Esta espectroscopía se basa en el hecho de que las moléculas tienen frecuencias a las cuales rotan y vibran, es decir, los movimientos de rotación y vibración moleculares tienen niveles de energía discretos (modos normales vibracionales). Las frecuencias resonantes o frecuencias vibracionales son determinadas principalmente por la forma de las superficies de energía potencial molecular y por las masas de los átomos. Para que un modo vibracional en una molécula sea activa al IR debe estar asociada con cambios en el dipolo permanente; haciendo la analogía con un oscilador armónico en la vecindad de la geometría molecular de equilibrio, las frecuencias resonantes pueden relacionarse, en una primera aproximación, con la fuerza del enlace y la masa de los átomos a cada lado del mismo. Así, las frecuencias de las vibraciones pueden ser asociadas con un tipo particular de enlace. Las moléculas diatómicas simples tienen solamente un enlace, el cual se puede estirar. Moléculas más complejas pueden tener muchos enlaces, y las vibraciones pueden ser conjugadas, llevando a absorciones en el infrarrojo a frecuencias características que pueden relacionarse a grupos químicos. Usando este hecho, la espectroscopía infrarroja es una técnica que utiliza la interacción de la radiación con la materia para determinar los grupos funcionales que existen en la muestra. Con base en los modos vibracionales, los datos que se obtienen se representan en un espectro. El espectro es un diagrama donde se registra la variación de la intensidad de la radiación, transmitida o absorbida, en función de su longitud de onda; se puede utilizar para obtener información sobre los modos vibracionales de las moléculas, la geometría molecular, los enlaces químicos, las interacciones entre las moléculas y procesos relacionados. Existen varios tipos de espectroscopía infrarroja y entre ellas se destaca la que emplea la transformada rápida de Fourier. Esta es una familia de técnicas espectroscópicas en las que la muestra es irradiada simultáneamente por todas las longitudes de onda relevantes durante un corto periodo de tiempo. El espectro de absorción es obtenido aplicando un análisis matemático al patrón de energía resultante. En este documento se presentan los ítems que describen la técnica espectroscópica infrarroja con transformada de Fourier, abarcando el fenómeno físico, la instrumentación y la toma y análisis de espectros. No obstante, ya que es un capítulo introductorio, posteriormente se estudiará cada uno de los ítems por separado.