![Tema5vibracionesyondas 120503101922-phpapp01[2]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/b04dhkrf6sicysmrocgo-140511124012-phpapp01-thumbnail.jpg?width=560&fit=bounds)
More Related Content
What's hot (20)
Viewers also liked (6)
Similar to Espectroscopia (20)
More from Salesians Rocafort (12)
![Itineraris 4t pares_100413_web[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/itineraris4tpares100413web1-100421022339-phpapp01-thumbnail.jpg?width=560&fit=bounds)
Espectroscopia
- 1. A N L I S I E S P E C T R O S C P I C Interacci坦 entre les radiacions electromagn竪tiques i la mat竪ria
- 2. Energia de les radiacions electromagn竪tiques Una ona electromagn竪tica consisteix en un conjunt de paquets denergia (quantums) , anomenats fotons At竪s que els fotons s坦n absorbits i emesos pels at嘆ms, actuen com a transportadors denergia Lenergia dun fot坦 () 辿s directament proporcional a la freq端竪ncia de la ona (f) Equaci坦 de Planck: = h 揃 f h = 6,626 揃10-34 J揃 s (constant de Planck)
- 3. Energia de les radiacions electromagn竪tiques Els efectes de cada tipus de radiaci坦 electromagn竪tica sobre els toms i mol竪cules dep竪n de la energia de la radiaci坦 (de la seva i de la seva f)
- 4. Efectes de les radiacions sobre la mat竪ria Efectes de les radiacions electromagn竪tiques sobre toms i mol竪cules
- 5. Efectes de les radiacions sobre la mat竪ria
- 6. Efectes de les radiacions sobre la mat竪ria -Radiaci坦 粒 : radiacions ionitzants produ誰des en processos radioactius -Raigs X: fotoionitzaci坦 (arrenquen electrons dtoms i mol竪cules) - UV: fotoionitzaci坦 (UV lluny) i canvis de nivell energ竪tic dels electrons (UV proper) - Visible: canvis de nivell energ竪tic dels electrons - IR: moviments de vibraci坦 molecular - Microones: moviments de rotaci坦 i torsi坦 de les mol竪cules - Ones de rdio: transicions desp鱈n nuclear en els toms (ressonncia magn竪tica nuclear si saplica simultniament un camp magn竪tic) Els toms i les mol竪cules tenen els seus nivells denergia quantitzats. Cada regi坦 de lespectre electromagn竪tic t辿 fotons de lenergia requerida per provocar determinats tipus de processos:
- 7. Efectes de les radiacions sobre la mat竪ria Aquestes interaccions entre radiaci坦 i energies de les mol竪cules s坦n les que saprofiten per lanlisi estructural dels compostos, ja que s坦n caracter鱈stiques de cada mol竪cula concreta. Aix鱈, lespectrosc嘆pia 辿s una t竪cnica anal鱈tica experimental, molt usada en qu鱈mica i en f鱈sica. Es basa en detectar labsorci坦 o emissi坦 de radiaci坦 electromagn竪tica de certes energies, i relacionar aquestes energies amb els nivells denergia implicats en transicions quntiques de la substncia a detectar. Daquesta manera, es poden fer anlisis quantitatius o qualitatius duna enorme varietat de substncies, aprofitant la capacitat demetre o absorbir la radiaci坦 duna determinada longitud dona que presenten aquestes, o algun producte format a partir delles.
- 8. M竪todes espectrosc嘆pics Per analitzar les substncies actualment sutilitzen diverses t竪cniques instrumentals basades en lespectrosc嘆pia : - Espectrosc嘆pia despectre infraroig (IR): detecci坦 de grups funcionals orgnics. - Espectrometria UV-visible : detecci坦 denlla巽os m炭ltiples, anlisi quantitatiu. - Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN): determinaci坦 del tipus i posici坦 dels toms dhidrogen en les mol竪cules orgniques; obtenci坦 dimatges pel diagn嘆stic en medicina. - Espectrometria de masses (MS): determinaci坦 de la massa molecular i de lestructura de les mol竪cules. Per realitzar lelucidaci坦 estructural de mol竪cules normalment sutilitzen les dades obtingudes a partir de diverses t竪cniques.
- 9. Espectroscopia infrarroja L'espectrosc嘆pia infraroja 辿s la branca de l'espectrosc嘆pia que treballa amb la part infraroja de l'espectre electromagn竪tic Es basa en fer interaccionar una mol竪cula amb radiaci坦 electromagn竪tica de la zona de linfraroig, per a determinar quines radiacions concretes 辿s capa巽 dabsorbir. Amb aquesta t竪cnica sobt辿 un espectre dinfraroig on es representa labsorbncia (o transmitncia) per a cada radiaci坦 infraroja, mesurada habitualment pel seu nombre dona (o a vegades per la seva longitud dona o freq端竪ncia). Nombre dona (wavenumber) s la inversa de la longitud dona i per tant 辿s proporcional a la freq端竪ncia. Sexpressa en cm-1. 1 n
- 10. Espectroscopia infrarroja L'espectrosc嘆pia infraroja 辿s la branca de l'espectrosc嘆pia que treballa amb la part infraroja de l'espectre electromagn竪tic Quan una mol竪cula absorbeix radiaci坦 infraroja es produeixen canvis denergia vibracional degut a les deformacions dels enlla巽os per tensi坦 i flexi坦. Lenergia daquest tipus de radiaci坦 辿s capa巽 de provocar un salt des del nivell fonamental denergia vibracional a un nivell excitat. estirament sim竪tric scissoring wagging estirament asim竪tric rocking twisting
- 11. Espectroscopia infrarroja L'espectrosc嘆pia infraroja 辿s la branca de l'espectrosc嘆pia que treballa amb la part infraroja de l'espectre electromagn竪tic Els enlla巽os covalents vibren en determinades freq端竪ncies que es troben dins dels valors de les de l'espectre IR. Aquestes freq端竪ncies depenen de cada enlla巽: Enlla巽 m鱈nim nombre dona (cm-1) nombre dona mxima (cm-1) grup funcional C O 1000 1300 Alcohols i 竪sters N H 1580 1650 Amina o amida C = C 1610 1680 Alquens C = O 1650 1760 Aldehids, cetones, cids, 竪sters, amides O H 2500 3300 cids carbox鱈lics (banda molt ampla) C H 2850 3000 Alcans C H 3050 3150 Alquens O H 3230 3550 H enlla巽at en els alcohols N H 3300 3500 Amina o amida O H 3580 3670 OH lliure en alcohols (nom辿s en les mostres dilu誰des amb solvent no polar)
- 12. Espectroscopia infrarroja L'espectrosc嘆pia infraroja 辿s la branca de l'espectrosc嘆pia que treballa amb la part infraroja de l'espectre electromagn竪tic Normalment sestudia labsorci坦 IR de les substncies en la regi坦 del IR mitj (200 4000 cm-1) Es fa incidir un raig de llum infraroja sobre una mostra d'una substncia molecular i s'enregistra l'energia que absorbeix la substncia en cada longitud d'ona. S'obt辿 un grfic en el qual es veu en quines 了 la mostra ha absorbit energia.
- 13. Espectroscopia infrarroja Cada tipus denlla巽 absorbeix unes longituds dona caracter鱈stiques i aix嘆 permet identificar els grups funcionals que t辿 la mol竪cula stretching vibrations: estiraments, tensions bending vibrations: flexions i torsions
- 14. Espectroscopia infrarroja Transmitncia: Mesura de la capacitat duna substncia per a transmetre la radiaci坦 electromagn竪tica, expressada com la relaci坦 entre el flux de radiaci坦 transmesa i el flux de radiaci坦 incident.
- 15. Argumenteu quin dels seg端ents compostos, X, Y o Z, 辿s compatible amb la f坦rmula i lespectre infraroig donat: X: 3-pentanona CH3CH2COCH2CH3 Y: cid pentanoic CH3CH2CH2CH2COOH Z: 2-penten-1-ol CH3CH2CH=CHCH2OH
- 16. ~ 2900 cm-1 C-H carboni enlla巽at a un altre carboni amb enlla巽 simple, C-C) ~ 1710 cm-1 C=O s l'espectre IR de la 3-pentanona
- 17. Un exemple dun problema resolt Com a subproducte en una s鱈ntesi sha obtingut una substncia que, una vegada purificada i fet lanlisi elemental, dona una f坦rmula C4H8O i un espectre IR com el seg端ent: De quin compost es pot tractar, de la butanona, del propanal o del 3-buten-1-ol?
- 18. Amb la mateixa f坦rmula molecular C4H8O tenim dos dels tres compostos is嘆mers pels que demana el problema: CH3-CO-CH2-CH3 CH2=CH-CH2-CH2-OH Ja que el propanal t辿 per f坦rmula C3H6O i no por ser. Lespectre IR t辿 un marcat pic a 1050 cm-1, un altre a 1650 cm-1 i una banda a 3200- 3500 cm-1, que podr鱈em correspondre als enlla巽os C-O dels alcohols, a C=C dels alquens i al O-H dels alcohols, respectivament, i no saprecia un pic significatiu entre 1650-1760 cm-1 corresponent a lenlla巽 C=O de les cetones. Podem concloure que estem davant el 3-buten-1-ol. C-O dels alcohols C=C dels alquens O-H dels alcohols
- 19. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) La RMN es basa en la interacci坦 entre nuclis at嘆mics sota la influ竪ncia dun camp magn竪tic extern i un camp electromagn竪tic duna freq端竪ncia determinada (ones de rdio). La RMN sutilitza rutinriament en t竪cniques avan巽ades dobtenci坦 dimatges m竪diques, com en la Imatge per Ressonncia Magn竪tica, i tamb辿 com a eina espectrosc嘆pica per obtenir dades f鱈siques i qu鱈miques de compostos qu鱈mics. Aix鱈 com els espectres dinfraroig subministren informaci坦 sobre la pres竪ncia o abs竪ncia de grups funcionals en les substncies que sanalitzen, els espectres de RMN de prot坦 (tamb辿 hi 辿s la RMN daltres elements, especialment la de carboni, que nosaltres no estudiarem) ens informaran del nombre, la naturalesa i lambient que envolta als hidr嘆gens duna mol竪cula.
- 20. La RMN est relacionada amb el nucli dels toms. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) Els nuclis es comporten com a petits imants que, en situar-se en camps magn竪tics externs, es poden orientar a favor (paral揃lels) o en contra (antiparal揃lels) al camp magn竪tic. Els nuclis orientats en paral揃lel tenen una energia inferior als situats en antiparal揃lel. Hi ha una mica m辿s del 50% dels nuclis orientats en paral揃lel. Si s'aplica una radiaci坦 electromagn竪tica de radiofreq端竪ncia a una mostra, alguns dels nuclis absorbeixen energia i passen de la posici坦 de paral揃lel a antiparal揃lel.
- 21. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) L'energia i, per tant, la freq端竪ncia de la radiaci坦 necessria dep竪n de la intensitat del camp magn竪tic on es troben els nuclis. Aquest valor dep竪n del camp extern i dels camps locals deguts als electrons dels toms ve誰ns i dels grups que formen la mol竪cula, que hi contribueixen amb petits camps magn竪tics. En el cas de lespectrosc嘆pia de RMN dhidrogen lenergia necessria, 辿s a dir, la freq端竪ncia, per a aconseguir el canvi dorientaci坦 de lespin nuclear es troba en la zona de radiofreq端竪ncia de lespectre electromagn竪tic (300-600 MHz) i els camps magn竪tics aplicats en valors entre 7 i 14 T (Tesla)
- 22. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) Un espectr嘆metre de RMN consta d'un imant que produeix un camp magn竪tic fort, un emissor de radiofreq端竪ncies, un detector i un enregistrador. La mostra es posa entre els pols de l'imant, es mant辿 el camp magn竪tic constant i s'hi aplica un pols electromagn竪tic dins de les radiofreq端竪ncies. En aplicar el pols de radiofreq端竪ncia hi haur protons de la mostra que passaran de l'estat de baixa energia (paral揃lel) al d'alta energia (antiparal揃lel). Quan alguns d'aquests protons retornin al nivell inferior d'energia emetran radiaci坦 de la freq端竪ncia que correspon a la difer竪ncia d'energia, E. La radiaci坦 emesa 辿s la que es detecta i d坦na lloc a l'espectre. La radiaci坦 辿s feble i el proc辿s s'ha de repetir molts cops en una successi坦 rpida per tal de produir un registre acurat
- 23. La RMN est relacionada amb el nucli dels toms. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN)
- 24. Depenent de l'entorn molecular on es troba el prot坦, el camp magn竪tic a qu竪 estar sotm竪s ser lleugerament diferent. Els protons amb diferents entorns necessitaran diferent energia per passar de la posici坦 de paral揃lel a antiparal揃lel, i per tant, absorbiran diferents freq端竪ncies de radiaci坦. Com a resultat, apareixeran diferents pics RMN a l'espectre, que ens permetran diferenciar els diferents tipus d'hidrogen que hi ha a cada mol竪cula, aix鱈 com el seu nombre. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN)
- 25. El senyal de TMS no interfereix i apareix a lextrem de lespectre de major camp. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) Les posicions de ressonncia dels hidr嘆gens es mesuren per comparaci坦 amb la posici坦 dels protons duna substncia de refer竪ncia, normalment els 12 hidr嘆gens equivalents del tetrametilsil (TMS, (CH3)4Si). Els seus 12 protons ressonen donant un senyal 炭nic i n鱈tid a camps m辿s alts que qualsevol altre compost orgnic, ja que el silici 辿s m辿s electropositiu que els toms dels compostos orgnics. 隆(despla巽ament qu鱈mic)
- 26. Ressonncia magn竪tica nuclear (RMN) El despla巽ament qu鱈mic 辿s adimensional i es d坦na en parts per mili坦 (ppm). Al pic del TMS se li assigna un valor de 隆=0,000 ppm, i es defineix una escala fins a 隆=12 ppm. Daquesta manera el despla巽ament qu鱈mic dun prot坦 determinat 辿s sempre el mateix en les mateixes condicions (dissolvent, temperatura, etc.), i no dep竪n de la freq端竪ncia de laparell utilitzat en la mesura. Intervals aproximats de despla巽aments qu鱈mics de 1H situats en distints ambients qu鱈mics.
- 27. L'rea de cada pic 辿s proporcional al nombre de protons de cada tipus. En l'espectre apareix un pic corresponent al tetrametilsil (TMS), que s'ha escollit com a refer竪ncia. La distncia a la qual se situa un pic respecte al del TMS s'anomena despla巽ament qu鱈mic
- 28. Espectre de RMN d'un l鱈quid incolor de f坦rmula molecular C2H6O. Quina 辿s l'estructura del l鱈quid? Possibles is嘆mers de f坦rmula molecular?
- 30. 2. L'espectre de RMN del metoxiet, CH3OCH2CH3, quants pics creus que tindr? Quina proporci坦 tindran les rees dels pics? Resposta. Els 12 H del tetrametilsil tenen el mateix entorn, mentre que en el metanol per una banda hi haur els 3 H del grup metil i per l'altra el H de l'hidroxil. 1. Perqu竪 creus que l'espectre de RMN del tetrametilsil (TMS) amb dotze hidr嘆gens t辿 nom辿s un pic mentre que el metanol en t辿 dos? L'espectre de RMN del metoxiet tindr 3 pics, amb una proporci坦 3:2:3.
- 32. Espectrometria de masses (MS) Es vaporitza la mostra i es bombardeja amb un feix d'electrons d'alta energia (70eV). Les mol竪cules de la mostra perden electrons externs i s'ionitzen. En el bombardeig tamb辿 es pot produir fragmentaci坦 de les mol竪cules, per trencament d'enlla巽os covalents i es formen fragments de la mol竪cula amb crrega positiva. Els ions produ誰ts s坦n accelerats en passar entre dues plaques carregades el竪ctricament. El feix d'ions carregats es fa passar a trav辿s d'un camp magn竪tic que provoca que els ions es desvi誰n. Els ions m辿s lleugers es desvien m辿s que els m辿s pesants. Els ions desviats finalment impacten en el detector. Es processa i s'obt辿 l'espectre de masses. Tot el sistema es troba sotm竪s a alt buit (l0-2 a l0-3Pa.) per a evitar col揃lisions entre els fragments i嘆nics generats.
- 33. I坦 molecular (M+): i坦 m辿s pesant que correspon a la mol竪cula de pent. Pic base: i坦 m辿s abundant, el que d坦na el senyal m辿s fort i s'ajusta al valor del 100% de l'espectre. En aquest cas, correspon al fragment (M- 29)+ a CH3CH2CH2+.
- 38. Exemple d'exercici (PAU): Quan sanalitza la butanona, CH3CH2COCH3, per espectrometria de masses, sobtenen els seg端ents valors del quocient massa/crrega: 72, 57, 43, 42, 29, 27 i 15. a) Indiqueu, breument, els processos bsics que tenen lloc quan un compost 辿s analitzat per espectrometria de masses. b) Indiqueu a quin i坦 poden correspondre els pics amb els valors de massa/crrega 72 i 43, suposant que la crrega 辿s la unitat. Aquests dos pics es veurien si en lloc de la butanona shagu辿s analitzat la propanona? Raoneu les respostes. Dades: Masses at嘆miques relatives: C = 12; O= 16; H=1
- 40. a)Processos bsics que tenen lloc quan un compost 辿s analitzat per MS: La mostra sha de volatilitzar i portar a pressions molt baixes. El compost (M) es trenca en diferents fragments que tenen crrega, normalment positiva i de valor unitat. Pot quedar compost sense trencar-se i carregat positivament (M+, i坦 molecular). Els ions s坦n accelerats en pres竪ncia dun camp el竪ctric. Els diferents fragments carregats s坦n separats segons el valor de la relaci坦 massa/crrega que tenen. Es detecta la quantitat de cadascun dels diferents fragments. b)Interpretaci坦 m/z 72 i 43, suposant que la crrega 辿s la unitat: La massa molecular de la butanona 辿s 72. Li坦 de quocient massa/crrega 72 pot correspondre a la butanona ionitzada: CH3CH2COCH3+ (i坦molecular). El pic de quocient m/z 43 pot correspondre al fragment CH3CO+, ja que el seu pes (dos carbonis, tres hidr嘆gens i un oxigen) 辿s de 43. Si enlloc de la butanona tingu辿ssim la propanona, CH3COCH3, no es veuria el pic de 72, perqu竪 la propanona t辿 menys massa molecular. S鱈 que es podria veure el pic de 43, ja que la propanona tamb辿 pot fragmentar-se i donar li坦 CH3CO+, igual que feia la butanona.