Espectróscopia de Infrarrojo FTIR

Fundamento de la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)

Los espectrómetros FTIR no miden el espectro estudiando cada longitud de onda.

En lugar de usar espectrofotómetros con redes de difracción, los instrumentos FTIR utilizan un interferómetro de Michelson (Figura 1).

Cuenta con una fuente de luz, un divisor de haz (BeamSplitter), un espejo fijo, un espejo móvil, y un detector. La radiación infrarrojo pasa a través de un divisor de haz; posteriormente parte de la radiación se dirige al espejo fijo y la otra se refleja hacia un espejo en móvil. La interferencia de la radiación IR producida por dos haces produce un interferograma.

El interferograma es una señal que se produce debido a la diferencia en el camino óptico de los haces.

Cuando una fuente de iluminación (en este caso radiación en el infrarrojo) se encuentra con un Beamspliter, el 50% de esa radiación se refleja sobre un espejo fijo y el otro 50% se trasmite hacia un espejo móvil.

Una vez reflejados ambos haces se recombinan, se transmiten hacia la muestra y alcanzan el detector generando un patrón de interferencia o interferograma.

Patrón de Interferencia en FTIR: 

Este patrón de interferencia se produce en función de la diferencia en el camino óptico de ambos haces.

Cuando la distancia entre el Beamsplitter y el espejo móvil es igual a la distancia entre el beamspliter y el espejo fijo, la interferencia es constructiva y la señal es máxima.

Este punto se denomina Zero Path Difference (ZPD). Por el contrario, cuando el espejo móvil está a la mitad de distancia que el espejo fijo, la interferencia es destructiva y la señal es nula.

En la práctica cuando el espejo móvil se mueve, la señal que alcanza el detector es una onda coseno.

Cada longitud de onda tiene su onda coseno, y debido a que la radiación infrarrojo es policromática, al detector llega la suma de todas estas ondas coseno.

Teniendo en cuenta este hecho, podemos observar como el interferograma contiene la información espectral en el dominio del tiempo.

Aplicando la transformada de Fourier esté interferograma produce un espectro en el domino de las longitudes de onda.

Los enlaces de las móleculas de la muestra absorben la radiación infrarroja en longitudes de onda características de los grupos funcionales. Por tanto cada sustancia va a generar un espectro de absorción característico y único que va a permitir la identificación del material a través de un análisis infrarrojo. 

Limitaciones y aplicaciones de la espectrometría FTIR 

Cuando hablamos del uso de este tipo de espectroscopia en entornos industriales encontramos una importante limitación, en muchos casos incluso excluyente, los elementos móviles en entornos sometidos a grandes vibraciones.

Imagina el interior de una planta de producción de bioetanol, donde se quiere controlar el proceso de fermentación, las vibraciones en el entorno de instalación del equipo van a provocar un movimiento de la óptica, y por tanto van a producir datos poco robustos y poco fiables.

Es por esto que nuestro proveedor Keit Spectrometer ha desarrollado un espectrómetro FTIR para el infrarrojo medio (MIR), robusto y sin ninguna parte móvil; especialmente diseñado para trabajar en ambientes industriales.

El IRmadillo FTIR, igual que su homónimo animal, está diseñado a prueba de vibraciones, altas temperaturas y pH extremos.