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Alfonso Mangoni » 3.Spettroscopia IR – 2 – Aspetti pratici


Lo spettrometro IR

Gli spettrometri IR tradizionali seguono lo schema generale di spettrometro.

La sorgente è costituita da un materiale refrattario riscaldato a 1100-1200 °C.

N2 e O2 non assorbono l’IR, ma CO2 e H2O sì, per cui l’aria all’interno dello spettrometro deve essere seccata e privata di CO2.

Gli apparecchi moderni funzionano secondo un principio un po’ diverso e sono detti spettrometri IR a trasformata di Fourier (FT-IR).

L’aspetto esterno di uno spettrometro IR

L'aspetto esterno di uno spettrometro IR


Lo spettro IR

Lo stesso spettro IR rappresentato in funzione del numero d’onde (sopra) e della lunghezza d’onda (sotto)

Lo stesso spettro IR rappresentato in funzione del numero d'onde (sopra) e della lunghezza d'onda (sotto)


Preparazione del campione

Il problema pratico più importante che si incontra nell’effettuare uno spettro IR è che il contenitore che contiene il campione deve essere trasparente all’IR. Questo esclude tutti i materiali organici, ma anche vetro e quarzo.

In pratica si possono usare solo sali inorganici come NaCl, KBr, AgCl, ZnSe, che però sono fragili, difficili da lavorare e (i primi due) igroscopici.

Un disco di NaCl

Un disco di NaCl

NaCl è igroscopico e all’aria diventa opaco

NaCl è igroscopico e all'aria diventa opaco


Film liquido

Se il composto da analizzare è un liquido, è sufficiente mettere una goccia del composto tra due dischi di NaCl (o di un altro sale).

Il composto si dispone in maniera uniforme tra i due dischi per capillarità, e forma uno strato sottile (detto film liquido) spesso qualche μm.

Si mette una goccia di liquido su un disco…

Si mette una goccia di liquido su un disco…

… e poi si poggia l’altro disco

… e poi si poggia l'altro disco


Film liquido

È poi possibile inserire la coppia di dischi di NaCl direttamente nello spettrometro IR, e registrare lo spettro.

È possibile recuperare il campione lavando i dischi con un opportuno solvente.

Si inseriscono i dischi nello spettrometro…

Si inseriscono i dischi nello spettrometro…

… e si registra lo spettro

… e si registra lo spettro


Spettri in soluzione

È anche possibile effettuare spettri in soluzione.

Si utilizzando contenitore (celle) che sono costituiti da due dischi di NaCl (o altro sale) separati da uno spaziatore.

Il cammino ottico dipende dallo spessore dello spaziatore ed varia da 0.1 a 5 mm.

Gli spettri in soluzione sono più laboriosi da realizzare ma spesso sono di migliore qualità.

Una cella per IR

Una cella per IR


Solventi per IR

Per effettuare spettri in soluzione è necessario un solvente.

Il solvente non deve interferire con la misura, per cui idealmente non dovrebbe assorbire all’IR.

In pratica solventi trasparenti all’IR a tutte le frequenze non esistono, per cui tutti i solventi oscurano qualche zona dello spettro.

Il solvente più usato è CCl4 che assorbe soltanto a ν < 850 cm-1.

Si usa anche il CHCl3, che assorbe a ν < 800 cm-1 ma anche a tra 3050 e 3000 cm-1 e tra 1250 e 1200 cm-1.

Per la regione a ν < 850 cm-1 si può usare CS2, che assorbe fortemente tra 1600 e 1400 cm-1 ma è trasparente tra 1400 e 550 cm-1.

Film solido

Se il composto è un solido non è indispensabile effettuare lo spettro in soluzione.

Nella tecnica del film solido il campione è sciolto in un solvente, una goccia della soluzione è posta su un disco di NaCl, ed il solvente è fatto evaporare.

È possibile usare questa tecnica se il solido è amorfo o microcristallino.

Il campione è sciolto in un solvente…

Il campione è sciolto in un solvente…

e una goccia della soluzione è fatta evaporare.

e una goccia della soluzione è fatta evaporare.


Pasticca di KBr

È un altro metodo che si può usare con i solidi.

La sostanza (1-2 mg) è messa in un mortaio insieme a 200-300 mg di KBr, e i due sono mischiati e ridotti in polvere sottile.

La polvere è messa in una pressa, e i cristallini di KBr si uniscono per formare una pasticca che contiene in sospensione i cristallini del campione.

Poi si mette la pasticca di KBr su un supporto e si registra lo spettro.

Preparazione di una pasticca di KBr

Preparazione di una pasticca di KBr

L’interno della pressa

L'interno della pressa


Sospensione in nujol

C’è ancora un altro metodo che si può usare con i solidi.

Il nujol è un olio minerale viscoso costituito da una miscela di alcani a lunga catena.

Il campione (1-2 mg) è messo in un mortaio con qualche goccia di nujol, e pestato col pestello in modo da creare una poltiglia.

Si mette la poltiglia tra due dischi di NaCl, e si registra lo spettro.

Il nujol assorbe alle frequenze tipiche degli alcani (3000-2800 cm-1 e ~1450 cm-1, vedi lezione successiva), per cui le bande si assorbimento del campione in quelle zone non saranno rilevabili.

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Le altre lezioni del corso con podcast

1. Introduzione al corso

2. Spettroscopia IR – 1 – Teoria

3. Spettroscopia IR – 2 – Aspetti pratici

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