La espectroscopía infrarroja (IR) es una de las técnicas analíticas más utilizadas en laboratorios de química, biología, ciencias ambientales, farmacéutica y ciencia de materiales. Su popularidad se debe a que permite identificar moléculas, conocer sus grupos funcionales, analizar mezclas complejas, caracterizar materiales y, en general, obtener una “huella dactilar molecular” rápida, precisa y no destructiva.
En este artículo encontrarás una guía completa para dominar la espectroscopía infrarroja: desde sus fundamentos teóricos, los tipos de instrumentación, cómo preparar las muestras correctamente, hasta sus aplicaciones más relevantes en investigación y control de calidad.
1. Fundamentos de la espectroscopía infrarroja
La espectroscopía infrarroja se basa en la interacción entre la radiación IR y la materia. Cuando una molécula absorbe radiación infrarroja, sus enlaces vibran: estiran, flexionan o torsionan dependiendo de la energía absorbida.
1.1. ¿Qué es la radiación infrarroja?
El IR forma parte del espectro electromagnético, ubicado entre la luz visible y las microondas. Se divide en:
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IR cercano (NIR): 14000–4000 cm⁻¹
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IR medio (MIR): 4000–400 cm⁻¹
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IR lejano (FIR): 400–10 cm⁻¹
El MIR es el más usado en laboratorios porque contiene información clave sobre grupos funcionales.
1.2. ¿Por qué las moléculas absorben en el IR?
Los enlaces covalentes se comportan como resortes:
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Si absorben energía, vibran con mayor amplitud.
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Cada tipo de enlace absorbe una frecuencia específica.
Esto produce un espectro característico con picos de absorción que corresponden a vibraciones moleculares.
Por ejemplo:
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El grupo OH aparece alrededor de 3200–3600 cm⁻¹
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Los carbonilos (C=O) se observan entre 1650–1750 cm⁻¹
1.3. La región de la “huella dactilar”
Entre 1500 y 600 cm⁻¹, cada molécula presenta un patrón único.
Esta zona permite identificar sustancias con precisión, incluso si comparten grupos funcionales similares.
2. Instrumentación en espectroscopía IR
Los equipos IR modernos se basan en transformadas de Fourier y son conocidos como FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy).
2.1. Componentes principales
Un FTIR cuenta con:
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Fuente de radiación IR (generalmente de Ni-Cr)
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Interferómetro (generalmente Michelson), corazón del equipo
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Porta-muestras o accesorios
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Detector (DLATGS, MCT en equipos avanzados)
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Software de análisis espectral
2.2. Ventajas del FTIR
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Mayor velocidad de análisis
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Excelente relación señal/ruido
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Mayor resolución espectral
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No destructivo
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Permite análisis sólidos, líquidos y gases
2.3. Técnicas accesorias
Los accesorios amplían el uso del IR y se seleccionan según el tipo de muestra:
| Técnica | Tipo de muestra | Ventaja |
|---|---|---|
| ATR (Attenuated Total Reflectance) | Sólidos y líquidos | No requiere preparación compleja |
| Transmisión | Líquidos, películas delgadas | Alta calidad de espectro |
| DRIFTS | Polvos y sólidos rugosos | Ideal para catalizadores y minerales |
| Celdas de gases | Gases | Alta sensibilidad |
ATR ha revolucionado la rutina de laboratorio por su facilidad y rapidez.
3. Preparación de muestras para análisis IR
La calidad del espectro depende directamente de la correcta preparación de la muestra.
3.1. Muestras sólidas
Métodos comunes:
a) ATR
El más usado. El sólido se coloca directamente sobre el cristal diamantado o de germanio.
Ventajas: rápido, limpio, seguro.
b) Pastillas de KBr (método clásico)
El sólido se mezcla con bromuro de potasio seco y se prensa en forma de pastilla.
Ventajas: alta resolución en la región MIR.
c) Películas o capas delgadas
Se usa para polímeros y materiales blandos mediante disolución y evaporación.
3.2. Muestras líquidas
Opciones:
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Celda de NaCl o KBr
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ATR
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Disoluciones con solventes compatibles (hexano, CCl₄, DCM)
3.3. Muestras gaseosas
Se emplean celdas de camino óptico largo para identificar trazas o compuestos volátiles.
4. Interpretación de espectros IR
Interpretar un espectro es una habilidad esencial en química analítica.
4.1. Regiones clave
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4000–2500 cm⁻¹:
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Enlaces X–H (O–H, N–H, C–H)
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2500–1500 cm⁻¹:
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Enlaces dobles (C=O, C=C, C=N)
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1500–600 cm⁻¹:
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Región de huella dactilar
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Vibraciones complejas y únicas
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4.2. Ejemplos de identificación
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Alcoholes: banda OH ancha en ~3300 cm⁻¹
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Ácidos carboxílicos: OH muy ancho + C=O intenso a ~1700 cm⁻¹
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Aminas: una o dos bandas en ~3300 cm⁻¹
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Aromáticos: picos distintivos entre 1450 y 1600 cm⁻¹
5. Aplicaciones de la espectroscopía IR
La espectroscopía IR es una herramienta indispensable en múltiples campos.
5.1. Química orgánica e inorgánica
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Identificación de grupos funcionales
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Control de pureza
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Verificación de reacciones químicas
5.2. Ciencia de materiales
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Polímeros
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Nanomateriales
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Cerámicos
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Composites
5.3. Industria farmacéutica
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Identificación de principios activos
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Control de calidad de excipientes
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Verificación de materias primas
5.4. Biología y bioquímica
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Análisis de proteínas (estructura secundaria)
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Caracterización de lípidos
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Estudio de microorganismos
5.5. Ciencias forenses
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Identificación de drogas
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Análisis de fibras, pinturas, plásticos
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Evidencia en escenas del crimen
5.6. Control ambiental
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Detección de gases contaminantes
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Análisis de suelos y sedimentos
6. Errores comunes y cómo evitarlos
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No desecar sólidos higroscópicos → interferencia por agua
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Usar solventes incompatibles con celdas IR
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No limpiar adecuadamente el cristal ATR
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Exceso de presión sobre el cristal
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Pastillas de KBr mal prensadas
La espectroscopía infrarroja (IR) es una técnica fundamental para identificar compuestos, confirmar estructuras y analizar materiales con rapidez y precisión. Conociendo los fundamentos, la preparación adecuada de muestras y el uso correcto de la instrumentación, se convierte en una herramienta poderosa para cualquier laboratorio moderno.
Preguntas frecuentes (FAQs)
¿El IR puede cuantificar sustancias?
Sí, mediante curvas de calibración y técnicas como ATR cuantitativo.
¿Qué diferencia hay entre FTIR y IR convencional?
El FTIR es más rápido, más preciso y con mejor relación señal/ruido.
¿ATR sustituye a la preparación clásica?
En la mayoría de casos sí, pero las pastillas de KBr siguen siendo útiles para análisis muy sensibles.
¿El agua interfiere en el IR?
Sí, absorbe fuertemente y debe evitarse en muchas preparaciones.