Transformada de Fourrier por Infravermelho FT-IR

A designação “espectroscopia” é aplicada às técnicas que utilizam transmissão, absorção ou reflexão de energia radiante que incide numa amostra, com o objetivo de retirar informação acerca da sua composição (ALCANTARA, 2002).

A espectroscopia de infravermelho (IV) baseia-se no fato das ligações químicas possuírem frequências de vibração específicas quando expostas à radiação infravermelha, que correspondem aos níveis de energia das moléculas, os níveis vibracionais. As vibrações moleculares são os modos de alongamento e de reflexão, que variam de acordo com a forma da superfície da energia potencial, da geometria molecular, das massas dos átomos e até do acoplamento de vibrações. As vibrações moleculares conduzem à absorção energética, induzindo as transições moleculares, tendo como resultado a transição do estado fundamental a estados excitados de maior energia (CORREIA, 2011).

Estas absorções traduzem-se em bandas, que podem ser de dois tipos principais: harmônicos e bandas de combinação. O primeiro resulta da excitação das moléculas do estado de energia fundamental para estados mais energéticos e correspondem a frequências múltiplas da absorção fundamental; as segundas surgem de frequências que vibram acopladamente, surgindo frequências correspondentes a somas ou diferenças de duas frequências fundamentais (STWART, 1996).

As ligações moleculares não são conexões estáticas, mas vibram o tempo todo, provocando estiramento e compressão das moléculas, resultando em um movimento de onda de átomos, com frequência específica dependente dos elementos envolvidos (VAN KEMPEN; JACKSON,1996). A espectroscopia no infravermelho próximo, apresenta sobreposições (overtones) e bandas de combinações vibracionais moleculares (duas ou mais vibrações que ocorrem simultaneamente), sendo que as transições ocorridas não seguem as

regras de seleção mecânica quântica. As ligações químicas que apresentam maiores desvios são as que envolvem átomos mais leve (H), sendo por isso a espectroscopia FT-IR, particularmente sensível as ligações C-H,N-H,O-H e S-H (OSBORNE et al. 1993).

A espectroscopia de infra-vermelho com transformada de Fourier, FT-IR, permite obter o espectro de infravermelho mais rapidamente, pois a frequência da luz infravermelha monocromática não vai sendo variada, em vez disso, todos os comprimentos de onda são usados e conduzidos para um interferómetro. O interferómetro possui um laser interno de referência, cuja frequência é conhecida com exatidão e bastante precisa, tornando-se um padrão interno de calibração do comprimento de onda (STWART, 1996).

A informação de todas as frequências são recolhidas simultaneamente, permitindo fazer leituras múltiplas da amostra e a sua posterior média, aumentando assim a sensibilidade da análise. É, então, obtido um interferograma, ao qual é aplicado transformada de Fourier para ser obtido um espectro idêntico ao da espectroscopia de infravermelho convencional ou dispersiva (STWART, 1996).

O espectro de uma determinada amostra de solo por exemplo, obtida com radiação infravermelha, é o resultado da absorção de energia (luz), por moléculas orgânicas, particularmente aquelas que possuem ligações do tipo C-H, N-H e O-H (AMORIM,1996). As ligações de onda possuem comprimentos de onda característicos, como mostrado no Quadro 3.

Quadro 3. Relação dos grupos funcionais com seus possíveis comprimentos de ondas analíticos, de acordo com SANTOS (2011).

Grupo Funcional Comprimento de onda (nm)

C-H Alifático 1212,1414, 1725,1760 e 2308 C-H Aromático 1077,1111 e 1615,1665 O-H água 1440 a 1940 O-H Fenóis 1500-1800 e 2000-2200 N-H Aminas 1534, 1000, 2100 N-H Amidas 1980, 2050, 2180

De modo geral, os principais constituintes dos solos que influenciam em seu comportamento espectral são: materiais orgânicos, argilo-minerais, oxido de ferro, além da distribuição granulométrica e umidade. A quantidade de radiação refletida (radiância),

comparada com a radiação incidente (irradiância) sobre a amostra, fornece a medida da reflectância captada pelos sensores (DALMOLIN et al.,2005).

2.9.1. Aplicações da Espectroscopia FT-IR

A técnica FT-IR empregada nas amostras de solo e água é de muita importância no estudo de sistemas moleculares complexos, a espectroscopia por transformada de Fourier representa uma alternativa muito elegante aos métodos tradicionais de análise de espectros moleculares na faixa do infravermelho (ALCANTARA, 2002).

Este fato é justificado pelas suas potencialidades, que se traduzem na realização de uma análise sem destruição e, muitas vezes, sem tratamento prévio das amostras, na robustez do aparelho, na rapidez e facilidade de execução bem como na selectividade da técnica (STWART, 1996).

A espectroscopia de infravermelho com Transfromada de Fourier, proporciona vantagens nas áreas controle de qualidade e produção, seu uso é frequente nas rotinas de laboratórios de análise, quer no controle de qualidade dos processos industriais, tais como na indústria farmacêutica, alimentícia, têxtil ou petroquímica (CORREIA, 2011).

Segundo AMORIM (1996), a principal vantagem está na análise de mútiplos contituintes, em tempo máximo de um minuto, menos necessidade de mão de obra, rapidez e portanto menor custo, além de não ser poluente, por não utilizar produtos químicos ou reagentes. É raro ver um método analítico, que exiga mais de um pré-tratamento físico da amostra, antes da aquisição dos dados espectrais (PASQUINI, 2003).

A Espectroscopia FT-IR vem sendo utilizada como ferramenta analítica em determinações quantitativas e qualitativas de diferentes materiais. Pode-se realizar análises de materiais em estados e formas líquidas, sólidas, semissólidas, pastas géis e outras (SKOOG et al., 2002; SCHRADER, 1995; BURNS e CIURCZAK, 2001).

Aplicações da técnica tem sido usadas em indústrias de petróleo, têxtil, carvão, cosméticos, polímeros, químicas, tintas, farmacêuticas, sendo aplicado inclusive na reestauração de imagens decorativas de pinturas históricas (DRENNEN et al., 1991).

Tem sido aplicada como método analítico que fornece resultados eficientes na determinação de moléculas orgânicas (proteínas e lipídeos) e parâmetros qualitativos de produtos da agricultura e de alimentos (MEYER, 1999).

As Indústrias farmacêuticas e petroquímicas são áreas onde a espectroscopia encontrou grande aplicabilidade, porém a área agrícola tem recebido grande destaque na aplicação da técnica, pois foi a pioneira no lançamento e desenvolvimento desta tecnologia analítica no mercado (PASQUINI, 2003)

KUNDE et al. (2008) utlizaram o FT-IR na caracterização de matéria orgânica de solos em campo nativo no Rio Grande do Sul. Bem como, DIAS et al. 2009 utilizaram em seu trabalho FT-IR na caracterização de ácidos húmicos em latossolo sob efeito de uso contínuo de lodo de esgoto.

ROSSIGNOLI (2006) desenvolveu um método para analisar os fármacos Glisosamina e Condroitina por FT-IR e calibração multivariada. Já BATTEN et al. (1993) avaliaram as concentrações de carboidratos em plantas de trigo e arroz e SATO et al. (1995) também, analisaram carboidratos via FT-IR em graõs e sementes de girassol, algodão, canola, óleo, proteína, clorofila e outros. Portanto, são inúmeras as aplicações e utilidades de FT-IR em determinações e quantificações de diversas substâncias químicas em trabalhos científicos.

MALLAH et al. (2011) desenvolveu uma técnica para a determinação de Azitromicina via FT-IR através da compactação da substância sólida com pastilhas de KBr..

Figura 4 – Resultados obtidos pela determinação da banda C=O Carbonila, em Azitromicina compactada com KBr.Fonte: MALLAH et al., (2011)

Neste trabalho, a faixa espectral de 1744 – 1709 cm-1 foi usada para a análise da concentração da substância, devido a linearidade apresentada com as áreas geradas pela

banda de vibração do grupo C=O, presente na estrutura química da Azitromicina, conforme a Figura 3. Este modelo realizado por MALLAH et al. (2011), permitiu comparações das técnicas analíticas e forneceu um direcionamento sobre a região espectral de melhor evidência da substância Azitromicina. Mesmo sem a compactação das pastilhas de KBr, foi possível determinar a recuperação da Azitromicina somente com o uso do solvente orgânico Acetonitrila.