Manual de Sobrevivência no Laboratório de Química Orgânica: Guia de Técnicas para o Aluno

O Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IV)

nem estudos de solubilidade indicarem nitrogênio não importaram.

Ah, bem.

 

O INFRAVERMELHO COM

 

TRANSFORMADA DE FOURIER (FT-IV)

 

Existem mais diferenças nos aspectos particulares entre os aparelhos de FT-IV do que entre os aparelhos de IV dispersivos (como o 710B mencionado anteriormente), porque não apenas o instrumento básico pode variar, mas pode ficar acoplado a qualquer série de diferentes computadores de diferentes configurações que operam qualquer série de diferentes programas de software que executam análise no infravermelho. Ufa! Assim, vou destacar apenas as grandes diferenças.

 

O Sistema Óptico

O sistema óptico baseia-se no interferômetro de Michelson (Fig. 32.24). A energia no infravermelho originária de uma fonte atravessa a amostra em um feixe único e atinge um divisor de feixes no interferômetro. Metade da luz é refletida em um espelho estacionário, e a outra metade passa pelo divisor de feixe para um espelho móvel. Ambos os espelhos refletem a luz de volta para o divisor de feixe, onde se recombinam para formar um padrão de interferências construtivas e destrutivas conhecido como um interferograma. (Considere o padrão produzido quando conjuntos de ondas vindas de duas pedras atiradas em um lago interagem: o pico de uma e o pico da outra reforçam um ao outro, produzindo um pico maior; o pico de um e a depressão do outro podem destruir um ao outro completamente e não produzir qualquer deslocamento.) O padrão de interferência varia com o deslocamento do espelho móvel, e esse padrão de variação é enviado até o detector.

Um computador programado com um algoritmo da transformada de Fourier converte o sinal medido de intensidade versus deslocamento do espelho (o interferograma) em uma curva de intensidade em função da frequência — nosso amigo espectro de infravermelho.

 

FIGURA 32.24 Sistema óptico do interferômetro de Michelson para FT-IV.

O FT-IV apresenta algumas vantagens:

1. Vantagem de Fellgett (vantagem multiplex). O interferômetro não

separa luz em frequências individuais como um prisma ou rede, de

modo que todo ponto do interferograma (espectro) contém

informações de cada comprimento de onda de radiação no

infravermelho proveniente da fonte.

2. Vantagem de Jacquinot (vantagem operacional). O instrumento

dispersivo, com prisma ou rede, precisa de fendas e outras ópticas

para que o máximo possível de energia em um único comprimento de

onda chegue ao detector. Isso não ocorre com o interferômetro.

Portanto, toda a energia da fonte chega zunindo através do sistema

óptico do interferômetro até o detector, aumentando a razão

sinal/ruído do espectro.

3. Vantagem de Conne (precisão da frequência). O instrumento

dispersivo depende da calibração (poliestireno a 1601 cm−1) e da

capacidade das engrenagens e das alavancas moverem fendas e

retículos de forma reprodutível. O FT-IV leva seu próprio padrão de

frequência interna, geralmente um laser de gás He-Ne, que serve

como relógio-mestre e rastreia o movimento do espelho e faz a

calibração da frequência segundo uma precisão e exatidão melhor do

que 0,01 números de onda (cm−1). Mas quais são suas vantagens e desvantagens?

1. O FT-IV é um instrumento de feixe único. Então, você tem de obter

um espectro de fundo (Fig. 32.25) antes de varrer sua amostra. O

programa de computador subtrairá o fundo do conjunto fundo mais

amostra, produzindo o espectro de IV normal. O que há em um

espectro de fundo? Tudo o que não é amostra. No caso de um

espectro de disco de KBr, a prensa vazia (Fig. 32.14) ou uma ficha

vazia (Fig. 32.15) estão incluídas no espectro de fundo. Para um

espectro de placa de sal (Fig. 32.11), as placas de sal limpas no

suporte são o fundo. E para um espectro de solução em uma célula, a

célula com solvente puro é o fundo. Por quê? Para muitas células e

combinações de suporte, a fenda é menor, ou as placas de sal

absorvem um pouco, ou o solvente absorve muito, e estes têm de ser

compensados.

O FT-IV é rápido. Consigo obter o espectro de um composto na tela

2. do meu computador em cerca de 0,21 minuto, consideravelmente

mais rápido do que qualquer instrumento dispersivo. Infelizmente,

nossa impressora barata é um pouco lenta, e, como o software faz a

impressora rotular os eixos com números e texto, ele leva um pouco

mais do que 0,21 minuto. Em suma, ainda assim, ele é

consideravelmente mais rápido.

3. O FT-IV é preciso. Então, você não tem de obter um espectro de

poliestireno padrão. Infelizmente, nós imprimimos os espectros em

papel barato de impressão, e se você não marca os picos relevantes na

tela com o software, poderá jamais obter frequências realmente

precisas até 0,01 cm−1.

4. Os programas de computador do FT-IV fazem a escala do espectro

automaticamente. Então, você não tem de ajustar o zero e o 100%.

Infelizmente, a escala é estúpida, e você pode ser enganado se não

tiver cuidado. A Fig. 32.26 poderia possivelmente ser um ácido

orgânico. Você vê o pico largo de OH ligado ao hidrogênio a cerca de

3400 cm−1? (As consequências de não marcar a frequência exata com

o programa de computador deverão estar evidentes agora.) Mas o

C=O a 1750 cm−1 não é tão forte quanto deveria ser e… Te peguei!

Olhe a escala de transmitância no lado esquerdo. Ela só vai de 70% a

76%. Esse é o espectro de algumas placas de sal usadas pelos alunos,

e esses grandes picos e faixas na verdade são pequenas ondulações

(Fig. 32.27). O programa de computador descuidadamente

considerou linhas onduladas máximas e mínimas do espectro e

decidiu dá-las a você em altura tipo tela cheia.

FIGURA 32.25 Espectro de fundo de FT-IV. Observe as faixas de H O e CO . 2 2

 

 

FIGURA 32.26 Truque da transmitância do espectro de placas de sal.

FIGURA 32.27 Espectro de placas de sal com restauração de certa sanidade.

 

Reconhecidamente, trata-se de um caso incomum. Como meu

espectro de fundo foi tirado com um suporte de placas de sal vazio,

minhas placas de sal tornaram-se o espectro. Se eu tivesse obtido o

espectro de fundo com o suporte e as células, quaisquer absorções

provenientes das placas de sal teriam sido canceladas. E para obter

aquele espectro de 0% a 75% de transmitância, tive de ir para fora da

faixa operacional normal de nosso instrumento. Normalmente, você

não terá tais problemas. Mas se agora estiver atento, não terá esses

problemas.

5. Os programas do FT-IV geralmente têm uma busca espectral em

bibliotecas, então você poderá identificar seus compostos

facilmente. Infelizmente, nem toda amostra que você vai varrer se

encontra no banco de dados. Então, você poderia acabar com uma

coleção de compostos normalmente tendo os mesmos grupos

funcionais (e que podem ser úteis). Feche, mas sem charutos. Nesse