Espectrofotómetro de Infrarrojos por Transformada de Fourier

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Espectrofotómetro de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR) en la Ciencia Forense

El espectrofotómetro de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) es un instrumento utilizado para examinar muchos tipos diferentes de especímenes de interés forense, principalmente para el análisis cualitativo (identificación). Rara vez se utiliza para el análisis cuantitativo (pureza) en la ciencia forense. No separa las mezclas en sus partes componentes. Así pues, la muestra cuestionada (por ejemplo, una muestra de droga ilícita) debe estar en un estado relativamente puro para producir un espectro infrarrojo utilizable. A continuación se ilustra un espectro típico. El FTIR puede ser un instrumento analítico importante en la ciencia forense (véase conceptos relacionados con este término, y véase asimismo criminalística), ya que puede generar un espectro en tan sólo unos pocos segundos, hasta unos pocos minutos, junto con una sensibilidad y una elevada relación señal/ruido. El espectro infrarrojo se considera a menudo específico de un compuesto y es un gráfico de la frecuencia (eje x) a la que se absorbe la radiación frente a la intensidad de la absorbencia (eje y). El eje y puede estar en unidades de absorbancia o en porcentaje de transmisión (el eje y se puede alternar fácilmente entre los dos modos con una pulsación de tecla).

Un FTIR puede ser útil para detectar tanto los productos químicos orgánicos (es decir, los que contienen carbono) como los inorgánicos. Al igual que otras formas de espectrofotometría, el FTIR utiliza la luz.Entre las Líneas En este caso, la longitud de onda de la luz (la distancia entre un punto de una onda de luz y el punto correspondiente de una onda adyacente) está en el rango del infrarrojo. La luz infrarroja se encuentra entre las porciones de luz visible y microondas del espectro electromagnético. La luz infrarroja más cercana a la luz visible (“infrarrojo cercano”) tiene una longitud de onda de aproximadamente 770 nanómetros (nm, 10-9 metros).Entre las Líneas En el otro extremo del rango, la luz infrarroja que está más cerca de la radiación de microondas (“infrarrojo lejano”) tiene una longitud de onda de aproximadamente 1.000.000 nm (1,0 milímetro).

LA ABSORCIÓN DE LA LUZ INFRARROJA
La base del FTIR (y de los espectrofotómetros de dispersión que utilizan monocromadores) es la absorción (véase su concepto jurídico) de la luz infrarroja por grupos funcionales en una muestra a determinadas frecuencias. Según su estructura química y su orientación tridimensional, las diferentes moléculas de la muestra absorberán diferentes porciones del espectro infrarrojo en diversos grados. La absorción (véase su concepto jurídico) de la radiación infrarroja por los grupos funcionales depende de la frecuencia de la radiación entrante que coincide con el momento dipolar (separación de la carga) de las moléculas. Este aspecto de la absorbencia de la radiación no es diferente del observado con cualquier espectrofotómetro de infrarrojos, incluidos los espectrofotómetros de dispersión. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Antes de que los FTIR se hicieran relativamente baratos y populares a mediados de los 80, los espectrofotómetros IR dispersivos eran utilizados por la mayoría de los laboratorios forenses. Este tipo de espectrómetros IR contenían rejillas de dispersión o prismas que separaban la radiación en sus longitudes de onda individuales.Entre las Líneas En un FTIR no hay ninguna rejilla o prisma que disperse la radiación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Un FTIR utiliza un interferómetro que modula la radiación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Este rayo infrarrojo modulado posee todas las longitudes de onda producidas por la fuente de IR y todas las longitudes de onda inciden en la muestra que se está analizando al mismo tiempo. Esto se discutirá con más detalle en breve. Un escaneo típico del espectro infrarrojo para fines forenses es de 4.000 números de onda a 400 números de onda, para ciertas muestras el escaneo se extiende a 250 números de onda.

Más Información

Las unidades de la abscisa (eje x) son números de onda (centímetros recíprocos, cm-1). Un número de onda es el número de ondas en un centímetro y es directamente proporcional a la frecuencia.

Algunos Aspectos sobre Espectrofotómetro de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR

Dependiendo de la naturaleza del enlace químico que absorbe la luz infrarroja, un enlace químico vibrará o girará de diversas maneras.

Otros Elementos

Además, dependiendo de los diferentes tipos de enlaces, pueden ocurrir varios eventos. Por ejemplo, la entrada de energía vibratoria puede estirar los enlaces entre el átomo de carbono y los átomos de hidrógeno circundantes en el CH3.

Otros Elementos

Además, los enlaces carbono-hidrógeno del CH3 pueden permanecer de la misma longitud mientras que los átomos enlazados se mueven hacia atrás y hacia delante lateralmente unos con otros (balanceo). Otros enlaces químicos, como el que existe entre un átomo de silicio y el grupo CH3, pueden alterarse asimétricamente a lo largo de sus longitudes, con algunas regiones del enlace que se estiran y otras que se contraen (deformación asimétrica).

La absorción (véase su concepto jurídico) de la luz por la muestra disminuirá la energía de la luz infrarroja que sale de la muestra. Se puede hacer una comparación computacional de los patrones de frecuencia de la luz infrarroja entrante y saliente como se describe a continuación y se muestra como una serie de picos que se elevan por encima de la señal de base (espectro). La altura de los picos corresponde al grado de absorción (véase su concepto jurídico) y/o a la naturaleza del cambio de enlace químico (es decir, estiramiento, balanceo, deformación).

Un banco óptico FTIR posee un interferómetro (en contraste con un espectrofotómetro de dispersión) en el que el haz de luz infrarroja entrante producido por la fuente de IR se divide en dos por un divisor de haz. La mitad del rayo viaja a través del divisor de rayos y golpea un espejo en movimiento. La otra mitad del rayo es reflejada por el divisor de rayos hacia el espejo estacionario.

Informaciones

Los dos haces se reflejan en los respectivos espejos y se combinan en el divisor de rayos produciendo una interferencia constructiva y destructiva dependiendo de si cada longitud de onda está en o fuera de fase. El patrón que resulta de la interacción de los dos haces se conoce como interferograma. Esta mezcla de ondas moduladas, con todas las longitudes de onda generadas por la fuente, interactúa con la muestra al mismo tiempo. Algunas longitudes de onda son absorbidas por la muestra mientras que otras no. Después de pasar a través de la muestra, el interferograma lleva ahora una señal codificada, un registro complejo de las frecuencias a las que la energía fue absorbida por la muestra junto con la intensidad de la absorbencia. Después de pasar a través de la muestra la radiación codificada entra en el detector.

Desarrollo

El detector detecta la señal, pero aún debe realizarse más procesamiento informático. La posición del espejo móvil se controla durante todo el proceso con un láser de helio-neón cuyo rayo también es modulado por el interferómetro.

Informaciones

Los datos de la señal, desde el detector, son capturados o muestreados mientras la posición del espejo móvil es controlada y monitoreada por la computadora. Un interferograma debe ser convertido en un espectro para ser analizado. La computadora también traduce el interferograma a un espectro infrarrojo utilizando un algoritmo conocido como Transformada rápida de Fourier (FFT) que “decodifica” la señal. Antes de ser convertida en un espectro utilizable, la señal obtenida del espécimen es cotejada con la señal obtenida del “fondo”. Este proceso se realiza en dos pasos, la muestra se escanea numerosas veces (normalmente 30 o más escaneos que se promedian) y lo mismo se hace con el fondo. Esto tiene que hacerse ya que un FTIR es típicamente un instrumento de un solo haz en contraste con las antiguas unidades dispersivas. Los espectrofotómetros IR dispersivos tradicionales eran de doble haz y podían escanear tanto la muestra como el fondo al mismo tiempo y luego cotejar la muestra con el fondo. El escaneo de fondo determina la “… contribución del instrumento y del entorno al espectro” (Smith, pág. 12).

El resultado final de la transformación de Fourier es el espectro de picos y valles que se muestra al analista. El espectro de absorción (véase su concepto jurídico) (o transmitancia) resultante puede compararse con los cientos de miles de espectros que se almacenan en bases de datos informáticas, tanto in situ como a distancia a través de Internet. Si se obtiene un espectro coincidente, se puede determinar la identidad del compuesto de la muestra. La mayoría de los laboratorios verificarán la identificación de la biblioteca (base de datos) comparando el espectro de la muestra cuestionada con un espectro real de material conocido (control positivo). El FTIR es una técnica forense valiosa por su especificidad de detección, velocidad, sensibilidad (mayor relación señal/ruido) y versatilidad. Se pueden identificar sustancias químicas de diversos tipos de muestras, como sangre, pinturas, revestimientos de polímeros, drogas y componentes orgánicos e inorgánicos de una muestra.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

MUESTRAS LÍQUIDAS Y SÓLIDAS
Aunque el FTIR se utiliza mucho más comúnmente en el análisis de drogas y fibras, es posible utilizar esta tecnología para muestras líquidas como la sangre. Aunque la sangre es una mezcla muy compleja y hay limitaciones al intentar analizarla por FTIR, puede prepararse para el examen FTIR. Este análisis comienza colocando una gota de sangre entre dos placas de cloruro de sodio (sal). Las moléculas de sal son transparentes a la luz infrarroja y así forman capas convenientemente emparedadas para producir una fina capa de muestra.

Aunque los líquidos pueden ser analizados por este método, es muy difícil y no es lo ideal. Las placas de sal son muy higroscópicas.

Otros Elementos

Además, la sangre líquida rara vez se encuentra en el laboratorio de ADN o de biología en este momento, aunque en algunos tipos de casos, particularmente en la toxicología, las muestras de sangre son muy comunes. El Micro-FTIR se ha utilizado para la identificación de sangre durante más de 30 años, pero sólo por un número limitado de laboratorios.

Más Detalles

Las muestras sólidas pueden convertirse en un polvo fino en combinación con un material portador como el bromuro de potasio (KBr, que también es transparente a los infrarrojos). Alternativamente, los sólidos como los polímeros pueden disolverse en un disolvente como el cloruro de metileno y añadirse a una placa de sal. Cuando el disolvente se evapora, la muestra forma una fina capa en la placa de sal.

En los últimos años, la técnica de reflectancia total atenuada-FTIR (ATR-FTIR) se ha hecho mucho más frecuente en el laboratorio forense. ATR-FITR es una técnica sensible a la superficie que emplea un cristal de seleniuro de germanio o de zinc para amplificar las señales débiles de los compuestos de la superficie.
Revisión de hechos: Robert [rtbs name=”ciencia-forense”]

Recursos

Espectrofotómetro de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR en Inglés

Una traducción de espectrofotómetro de infrarrojos por transformada de fourier (ftir al idioma inglés es la siguiente: Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR) .

Véase También

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