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Universidad de la

AMAZONIA Análisis Instrumental

PRÁCTICA Nº3: ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR IR: ANÁLISIS DE DIFERENTES MUESTRAS MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO

Jessica Paola Zuñiga Barón1*, Adriana Lizeth Cangrejo Yanten1 1Estudiantes

Análisis Instrumental. Universidad de la Amazonia. Autor de correspondencia*: [email protected]

Resumen El presente trabajo se realizó con el objetivo de obtener y analizar espectros de absorción en el infrarrojo de diferentes muestras (aceite de linaza, bolsa plástica, aspirina, xilocaina, aceite de cocina) a través de la identificación de las bandas características de los grupos funcionales. Para el análisis de las muestras de ácido acetilsalicílico fue necesaria la preparación de las pastillas A patrón, B y C de KBr con el propósito de homogenizar y formar muestras solidas transparentes que facilitaran la absorción intensa en el IR para la posterior comparación entre los espectros del ácido; las demás muestras no solidas no requirieron preparación y fueron ubicadas directamente en el espectrofotómetro para su respectivo análisis. Palabras clave: Absorción, ácido acetilsalicílico, espectro, grupos funcionales, transmitancia

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Introducción Los espectros de absorción, emisión y reflexión en el IR de especies moleculares son el resultado de distintas variaciones energéticas debido a las transiciones de las moléculas de unos estados energéticos vibracionales y rotacionales a otros [1] La espectroscopia IR es una técnica analítica instrumental que permite conocer los grupos funcionales característicos de la estructura molecular de un compuesto una vez es sometido a una radiación infrarroja en el espectrofotómetro [2] Cómo se observa en la Ilustración 2. Un espectro IR es una representación gráfica de los valores de frecuencia ante los valores de transmitancia. La absorción de radiación IR se evidencia en el espectro en forma de pico [2] La radiación IR no posee la energía idónea para producir las transiciones electrónicas detectadas en las radiaciones ultravioleta y visible; razón por la cual, se limita la absorción IR a

especies moleculares con diferencias de energía pequeñas entre los estados vibracionales y rotacionales. Una molécula debe soportar cambios en el momento dipolar cuando vibra o gira para absorber radiación IR, puesto que sólo bajo esta condición el campo eléctrico alternante de la radiación interacciona con la molécula y genera modificaciones en la amplitud de sus movimientos. Entre las vibraciones producidas se pueden distinguir dos categorías: estiramiento y de flexión. Cuando se genera una vibración de estiramiento existe un cambio continuo en la distancia interatómica entre dos átomos, mientras las vibraciones de flexión presentan un cambio en el ángulo entre dos enlaces y este cambio se identifica de cuatro tipos: Tijereteo, Aleteo, Balanceo y Torsión. Es importante tener en cuenta que cuando una molécula contiene más de dos átomos es factible se den todos los tipos de vibraciones [1]

Teniendo en cuenta la aplicabilidad y los instrumentos, el espectro IR se divide en tres regiones (IR cercano, medio y lejano). Así, las técnicas basadas en cada una de las tres regiones del espectro IR difieren considerablemente afectando los picos de absorción experimental por cuatro factores que llegan a generar un menor número de bandas de absorción cuando: 1. La simetría molecular no produce cambios en el momento dipolar 2. Las energías de las vibraciones son idénticas 3. La intensidad de absorción es indetectable cuando es demasiado baja. 4. La vibración energética se da en una región de longitud de onda fuera del intervalo de trabajo. En química, las características adicionales de los interferómetros tienen utilidad en: trabajos que requieren alta resolución, estudios de muestra con absorbancia elevada, estudio de sustancias con bandas débiles, investigaciones con necesidad de barridos rápidos, estudios de emisión en el IR [1] En este trabajo el desarrollo experimental se llevó a cabo con el propósito de obtener y analizar espectros de absorción IR de distintas sustancias, permitiendo determinar la contribución del momento dipolar o polarizabilidad iónica en el material. Metodología Preparación de la pastilla A patrón Se mezcló una pequeña cantidad de ácido acetilsalicílico con KBr en mortero de ágata los cuales posteriormente fueron homogenizados, ambos se encontraban secos. Una vez la muestra se homogenizó una pequeña porción fue

puesta en el interior del montaje de las piezas metálicas en el interior del cual se depositó la muestra Ácido acetil salicílico y KBr conteniéndola con dos cilindros. Se prensó de manera manual para finalmente obtener la pastilla de KBr llevada al espectrofotómetro para la lectura del espectro IR. Preparación de la pastilla B de KBr Se trituró una pastilla de aspirina en mortero de ágata de la cual se tomó una pequeña cantidad del polvo comprimido y fue mezclado en el mortero con KBr, de igual manera la fue homogenizada hasta obtener un polvo fino con textura compacta, y a continuación se prensó de manera manual con el propósito de obtener la pastilla. Posteriormente se situó en el porta muestra del espectrofotómetro y se registró el espectro IR luego comparado con el obtenido para el patrón puro de ácido Acetilsalicílico. Preparación de la pastilla C de KBr Se contó con una muestra previamente sintetizada de ácido acetilsalicílico la cual fue mezclada con KBr y se procedió con la preparación de la misma forma en que se preparó la pastilla B y se observó el espectro IR. Todos los implementos empleados durante el análisis IR fueron limpiados con acetona minimizando la posibilidad de contaminación de la pastilla. También se analizaron muestras de aceite de cocina, aceite de linaza, xilocaina y bolsa plástica; por ello al contrario de las sólidas no requirieron preparación para su análisis en el espectrofotómetro.

Resultados y Discusión

Ilustración 1 Estructura del Ácido Acetilsalicílico

Ilustración 2 Espectro IR Ácido Acetilsalicílico teórico [3]

Ilustración 3 Espectro IR Patrón Ácido Acetilsalicílico (A)

Ilustración 4 Espectro IR Ácido Acetilsalicílico, Aspirina comercial (B)

Ilustración 5 Espectro IR Ácido Acetilsalicílico sintetizado (C)

A partir de la estructura química del Ácido acetilsalicílico presentado en la Ilustración 1, se logra identificar los principales grupos funcionales presentes en la molécula, posteriormente, los espectros infrarrojos obtenidos en la práctica de laboratorio, los cuales se presentan como A, B y C, se comparan con el IR teórico (Ilustración 2), lo que ha demostrado que el espectro A (patrón) tiene una similitud significativa en los picos con respecto al teórico, posteriormente el B (aspirina comercial) y por último el C (muestra

sintetizada), a lo que se atribuye posibles interferencias en la muestra, uno de los factores principales, es la humedad del ambiente, pues al preparar la muestra de aspirina comercial, ésta se mantuvo expuesta por un periodo de tiempo considerable; para la muestra sintetizada, se observa que presenta un margen de error elevado, frente a los otros espectros, esto era de esperarse al considerar que lleva varios meses en almacenamiento inadecuado, donde se adquieren impurezas y humedad del medio.

Se identificaron los siguientes grupos funcionales y se hallaron los rangos de las bandas de vibración teóricas: Anillo aromático: 1625-1475 cm-1 -CO-CH3: 3100-2900 cm-1 O-H: 2400-3400 cm-1 COOH: 3300-2500 cm-1

COOR: 1750-1700 cm-1 C-O: 1031-1160 cm-1 Se comparan éstos valores con los arrojados en los picos de los diferentes espectros, se logran identificar algunos dentro de los rangos, donde se asume que se encuentran dichos grupos funcionales.

Ilustración 6 Estructura del Polietileno

Ilustración 7 Espectro IR Bolsa Plástica Verde

Se halla que el polietileno es la propiedad química mayoritaria en la muestra de bolsa plástica, es el polímero más simple y es usualmente usado para la fabricación de bolsas plásticas gracias a su bajo costo, como su nombre lo indica, se trata de una cadena extendida de eteno (o etileno) y se consigue por

medio de una polimerización; debido a su estructura, el grupo más 3 representativo es el Carbono sp , su banda de vibración se encuentra en longitudes de onda inferiores a 3000 cm1 (Gulmine, Janissek, Heise, & Akcelrud, 2002).

Ilustración 8 Estructura del Ácido Oleico

Ilustración 9 Espectro IR Aceite Cocina

Ilustración 10 Espectro IR Aceite Linaza

El espectro infrarrojo del aceite de cocina y el aceite de linaza son significativamente similares, debido que el principal grupo en su estructura es el ácido oleico, el cual presenta una banda para la vibración de tensión del grupo OH de ácidos carboxílicos entre 35253340 cm-1, de la misma manera, cuenta

con un rango en la banda de vibración para el doble enlace cis entre 750-500cm1; las bandas de vibración de tensión para carbonos sp3 se encuentran por debajo de 3000cm-1 y los carbonos sp2, por encima de 3000cm-1; por último, todos aquellos bandas con valores inferiores de los 1500cm-1, se encuentran

todos aquellos grupos considerados como huella digital.

Ilustración 11 Estructura del Ácido Oleico

Ilustración 12 Espectro IR Lidocaína

La lidocaína es usualmente usada como anestésico local, el espectro de infrarrojo de éste compuesto no se encuentra en óptimas condiciones, pues éste cuenta con un tiempo de exposición al ambiente significativamente largo, al mismo tiempo, como ha sido usado, es posible que cuente con presencia de contaminantes y bastante humedad, se hallaron los siguientes rangos de las bandas de vibraciones: Enlace NH: 3600-3100cm-1 anillo aromático: 1625-1475 cm-1 C=O: 1740-1660cm-1 Carbonilo de la amida: 1600 cm-1 Carbono sp3: