Guía del experto: 3 Métodos Probados para Cómo Preparar una Muestra Sólida para Análisis IR

Resumen

La obtención de un espectro infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) de alta calidad a partir de un material sólido depende fundamentalmente del método elegido para su preparación. El estado físico de una muestra sólida presenta retos inherentes, como la dispersión de la luz y la falta de uniformidad, que pueden oscurecer o distorsionar la información vibracional buscada. Este artículo ofrece un examen exhaustivo de las tres técnicas principales de preparación de una muestra sólida para el análisis por infrarrojos: el método de pellets de bromuro de potasio (KBr), la técnica de Nujol mull y la espectroscopia de reflectancia total atenuada (ATR). Cada método se evalúa en función de sus principios físicos subyacentes, las complejidades del procedimiento y su idoneidad para distintos tipos de muestras. Se analizan los errores de procedimiento más comunes, las estrategias de resolución de problemas y la interpretación de posibles artefactos espectrales. Al contextualizar estos métodos dentro de un marco de toma de decisiones, este trabajo pretende dotar a los analistas de la comprensión matizada necesaria para seleccionar y ejecutar la técnica de preparación más adecuada, garantizando así la generación de datos espectrales fiables, reproducibles y analíticamente valiosos a partir de una amplia gama de materiales sólidos.

Principales conclusiones

• Triturar las muestras hasta obtener un polvo fino y uniforme para minimizar la dispersión de la luz en los gránulos de KBr.
• Seleccione la técnica Nujol mull para materiales sensibles a la presión o a la humedad.
• Utilice la reflectancia total atenuada (ATR) para realizar análisis rápidos y no destructivos de superficies con una preparación mínima.
• Dominar la preparación de una muestra sólida para el análisis por IR es fundamental para obtener resultados precisos.
• Realice siempre un espectro de fondo de su matriz salina o agente de mulling para identificar los picos contaminantes.
• Asegúrese de que haya un contacto íntimo entre la muestra y el cristal para obtener una señal ATR intensa.
• Considere las propiedades de la muestra y sus objetivos analíticos antes de elegir un método de preparación.

Índice

• La base invisible: Por qué la preparación de muestras sólidas determina el éxito espectroscópico
• Método 1: La técnica de la pastilla KBr - Un clásico por algo
• Método 2: El Nujol Mull - Una alternativa para las muestras delicadas
• Método 3: Reflectancia total atenuada (ATR) - La potencia moderna
• Elegir el camino correcto: Un marco para la toma de decisiones
• Preguntas más frecuentes (FAQ)
• Conclusión
• Referencias

La base invisible: Por qué la preparación de muestras sólidas determina el éxito espectroscópico

Embarcarse en el análisis de un material con un espectrómetro de infrarrojos por transformada de Fourier parece una forma moderna de adivinación. Enviamos un haz de luz a una sustancia y, observando qué frecuencias absorbe, adivinamos la disposición secreta de sus átomos, la naturaleza de los enlaces que la mantienen unida. Sin embargo, esta poderosa técnica es profundamente sensible. La calidad de la historia que nos cuenta el espectro no viene determinada únicamente por la sofisticación del instrumento, sino que, en la mayoría de los casos, se rige por el cuidado y la sabiduría invertidos en la preparación de la muestra antes de que entre en contacto con el haz de infrarrojos. En el caso de los gases y los líquidos, esto suele ser sencillo. Sin embargo, en el caso de los sólidos, el camino es más complejo. El propio estado sólido introduce obstáculos que pueden convertir un espectro potencialmente claro en un lío ruidoso e ininterpretable. Comprender estos retos es el primer paso para superarlos.

¿Qué es la espectroscopia infrarroja? Un repaso rápido

Antes de profundizar en el "cómo", repasemos brevemente el "por qué". La espectroscopia infrarroja (IR) se basa en un principio sencillo y elegante: los enlaces moleculares no son barras estáticas. Se comportan más bien como muelles, capaces de vibrar al estirarse, doblarse y retorcerse. Cada tipo de enlace (como un enlace sencillo C-H, un enlace doble C=O o un enlace O-H) vibra a una frecuencia característica. Cuando exponemos una molécula a la radiación infrarroja, absorberá la energía -y, por tanto, la luz- en las frecuencias que coincidan con sus propias frecuencias de vibración naturales. Un espectrómetro FTIR mide esta absorción a través de un rango de frecuencias, produciendo un espectro que es, en esencia, una huella dactilar molecular única. Esta huella nos permite identificar los grupos funcionales presentes en una muestra, lo que la convierte en una herramienta indispensable para la identificación química, el control de calidad y la investigación.

El reto de los sólidos: Dispersión, espesor y concentración

Imagina que intentas leer un libro a través de un bloque de cristal esmerilado. Sabes que las palabras están ahí, pero la luz se dispersa en tantas direcciones que las letras se convierten en un borrón indescifrable. Esta es la principal dificultad cuando se analiza directamente una muestra sólida. Un sólido cristalino o en polvo está formado por innumerables partículas pequeñas, cada una de ellas con superficies que pueden reflejar y refractar el haz infrarrojo. Este fenómeno, conocido como dispersión de Mie, es especialmente problemático cuando el tamaño de las partículas es similar a la longitud de onda de la luz infrarroja. En lugar de atravesar la muestra que se va a medir, la luz se desvía lejos del detector, lo que da lugar a una línea de base inclinada y distorsionada y a una intensidad de señal reducida, que puede enmascarar bandas de absorción sutiles.

Además, la ley de Beer, que rige la relación entre absorbancia y concentración, supone una longitud de camino uniforme. En un sólido, ¿cómo podemos controlar esto? Un trozo de material demasiado grueso absorberá toda la luz, dando lugar a un espectro "apagado" sin información utilizable. Una muestra demasiado fina puede no contener suficientes moléculas en la trayectoria del haz para producir una señal detectable. El reto, por tanto, es presentar la muestra sólida al espectrómetro de forma que esté lo suficientemente concentrada para producir una señal y lo suficientemente transparente para permitir el paso de la luz sin una dispersión excesiva. Éste es el problema central que todos los métodos de preparación de muestras sólidas intentan resolver.

El objetivo: un medio homogéneo y transparente

El objetivo general de cualquier técnica de muestreo de sólidos es crear un medio en el que la muestra se disperse uniformemente y el tamaño de las partículas sea significativamente menor que la longitud de onda de la radiación IR utilizada (normalmente de 2,5 a 25 µm). De este modo, minimizamos la dispersión y permitimos que el detector vea la verdadera absorción de la muestra. Las tres técnicas principales que exploraremos (pellets de Br, mulls de Nujol y ATR) son simplemente enfoques filosóficos diferentes para lograr este estado de homogeneidad y transparencia. Uno de los métodos incrusta la muestra en una matriz salina transparente, otro la suspende en un aceite transparente y el tercero evita por completo el problema de la transmisión utilizando un fenómeno de reflexión superficial. La elección entre ellos depende de la naturaleza de la muestra, el objetivo del análisis y los recursos disponibles.

Método 1: La técnica de la pastilla KBr - Un clásico por algo

El método de la pastilla de bromuro potásico (KBr) es quizás la técnica más tradicional para el análisis de muestras sólidas en espectroscopia IR. Se trata de un método muy sencillo en su concepción, pero que exige cierta habilidad y paciencia en su ejecución. El objetivo es crear un disco pequeño y transparente, parecido a una ventana diminuta, en el que nuestro sólido de interés esté finamente disperso. Esta "ventana" puede colocarse directamente en el portamuestras del espectrómetro para el análisis por transmisión. El éxito de este método depende de la transformación de un polvo heterogéneo en una solución pseudoglaseosa en estado sólido.

El principio subyacente: Crear una ventana "de cristal

¿Por qué KBr? La elección del bromuro de potasio es deliberada e ingeniosa. Los halogenuros alcalinos como el KBr (y también el KCl o el CsI) tienen una propiedad específica y muy útil: son transparentes a la radiación infrarroja en todo el rango del infrarrojo medio (4000-400 cm-¹). No tienen vibraciones moleculares propias en esta región, por lo que no aportan bandas de absorción que interfieran en el espectro. En segundo lugar, a alta presión, el KBr tiene la capacidad de "fluir" y volverse plástico. Esto le permite formar una matriz sólida y transparente que encapsula las partículas de muestra finamente molidas.

El principio consiste en tomar una cantidad muy pequeña de la muestra (normalmente 1-2 mg) y mezclarla con una cantidad mucho mayor de polvo de KBr de grado espectroscópico, seco como un hueso (unos 100-200 mg). A continuación, esta mezcla se tritura con extrema minuciosidad para reducir el tamaño de las partículas de la muestra a menos de 2 µm. Cuando esta mezcla íntima se coloca en una matriz y se somete a una inmensa presión (unas 8-10 toneladas), el KBr se funde en un disco transparente, atrapando en su interior las partículas de la muestra. El gránulo resultante es ópticamente transparente y permite el paso del haz de infrarrojos con una dispersión mínima.

Guía paso a paso para preparar una pastilla de KBr

Dominar la preparación de una muestra sólida para el análisis IR mediante el método KBr es un rito de iniciación para muchos químicos. Requiere atención al detalle en cada etapa.

Molienda: El arte de pulverizar

Este es sin duda el paso más importante. El objetivo es reducir las partículas de la muestra a un tamaño inferior a la longitud de onda más corta de la luz IR utilizada para evitar la dispersión.

1. Secado: Comience con polvo de KBr de grado espectroscópico. Incluso el KBr "seco" es higroscópico y absorbe la humedad atmosférica. Lo mejor es secar el KBr en un horno a ~110 °C durante varias horas y guardarlo en un desecador hasta su uso.
2. Midiendo: Pese aproximadamente 1-2 mg de su muestra sólida y 100-200 mg del KBr seco. La proporción de aproximadamente 1:100 es un buen punto de partida.
3. Rectificado: La mejor herramienta para ello es un mortero de ágata. El ágata es extremadamente dura y no porosa, lo que minimiza la contaminación. Coloque el KBr y la muestra en el mortero. Comience a moler con un movimiento circular suave pero firme. No se trata sólo de mezclar, sino de aplicar una fuerza cortante para romper las partículas. La mezcla debe adquirir una consistencia fina, parecida a la harina. Una buena molienda puede llevar de 3 a 5 minutos de esfuerzo continuo. Algunos analistas describen la textura ideal como "esponjosa".

La mezcla: La búsqueda de la homogeneidad

Mientras muele, también está mezclando. Asegúrese de raspar periódicamente el material desde los lados del mortero hacia el centro para garantizar que la muestra se distribuye uniformemente por toda la matriz de KBr. Cualquier grumo de muestra concentrada provocará picos distorsionados y un espectro de mala calidad.

Prensado: Forja de la pastilla

Este paso requiere un troquel de granulado KBr especializado y una prensa hidráulica. Se trata de equipos robustos que deben manejarse con cuidado.

1. Montaje: Monte el troquel siguiendo las instrucciones del fabricante. Esto suele implicar colocar el yunque inferior pulido en el cuerpo principal.
2. Carga: Transfiera con cuidado una porción de la mezcla de KBr molido/muestra al cilindro del troquel, lo suficiente para formar un gránulo de unos 1-2 mm de grosor. Golpee suavemente el troquel para nivelar el polvo.
3. Ejercer presión: Coloque el yunque superior en el barril y transfiera todo el conjunto a la prensa hidráulica. Aplique lentamente presión hasta alcanzar el valor recomendado, normalmente 8-10 toneladas (o ~10.000 psi). Mantenga esta presión durante uno o dos minutos. Esto permite que el KBr fluya en frío y forme el disco transparente.
4. Liberar la presión: Lo más importante es liberar la presión lentamente. Soltarla demasiado rápido puede hacer que la bolita recién formada se agriete o se haga añicos.

Inspeccionar: Juzgar la calidad

Después de sacar con cuidado el perdigón del troquel, sosténgalo al trasluz. Un buen perdigón debe ser uniformemente translúcido o transparente, como un trozo de cristal ahumado. No debe ser opaco ni turbio, ni presentar grietas visibles ni "ojos de pez" (partículas sin moler).

Errores comunes y cómo solucionarlos

Incluso con una técnica cuidadosa, pueden surgir problemas. Entender su causa es clave para solucionarlos.

• Pellets turbios u opacos: Este es el problema más común. La causa principal es una molienda insuficiente. Las partículas grandes siguen dispersando la luz. La solución es volver a la fase de molienda. Otra causa importante es la humedad. El agua absorbida por el KBr causará opacidad y, lo que es peor, introducirá una banda de absorción muy ancha y fuerte alrededor de 3400 cm-¹ (estiramiento O-H) y otra más débil alrededor de 1640 cm-¹ (curvatura H-O-H), que puede oscurecer picos importantes de la muestra. Utilice siempre KBr bien seco y trabaje con rapidez.
• Pellets agrietados o quebradizos: Esto puede deberse a una liberación demasiado rápida de la presión. También puede deberse al aire atrapado en el polvo; dar golpecitos en la matriz antes de prensar ayuda. Utilizar demasiada muestra también puede hacer que el granulado se vuelva quebradizo.
• Picos de interferencia: Además de los picos de agua antes mencionados, podrías ver absorciones inesperadas. Si muele demasiado agresivamente con un material de mortero más blando, podría introducir contaminantes. Limpia siempre meticulosamente el mortero entre muestra y muestra, normalmente moliendo una pequeña cantidad de KBr limpio y desechándolo.

Cuándo elegir (y evitar) el método de la pastilla KBr

El método KBr proporciona espectros excelentes y de alta resolución cuando se realiza correctamente. Es adecuado para una amplia gama de compuestos orgánicos e inorgánicos estables y no reactivos. Sin embargo, no es de aplicación universal. Debe evitarse para muestras muy sensibles a la presión, ya que las altas presiones pueden inducir a veces cambios de fase o transformaciones polimórficas en materiales cristalinos, dando lugar a un espectro de una forma diferente de la sustancia (Girón, 2002). Tampoco es adecuado para muestras altamente higroscópicas o reactivas que podrían interactuar con la propia matriz de KBr. Para estos casos delicados, hay que recurrir a un método más suave.

Característica	Método KBr Pellet	Método Nujol Mull
Principio	Muestra dispersa en una matriz sólida de haluro alcalino.	Muestra suspendida en forma de partículas finas en un aceite mineral.
Preparación	Molido, mezclado con KBr, prensado a alta presión.	Triturar, mezclar con una gota de Nujol, extender sobre placas de sal.
Importe de la muestra	1-2 mg	2-5 mg
Ventajas	Sin picos de disolventes (excepto contaminantes); posibilidad de espectros de alta resolución; cubre toda la gama del infrarrojo medio.	No se utiliza alta presión; bueno para muestras sensibles a la presión o sensibles a la humedad; sencillo y rápido.
Desventajas	Trabajo intensivo; requiere equipos especiales (prensa, troquel); naturaleza higroscópica del KBr; potencial de cambios inducidos por la presión.	El agente de mulling tiene sus propios picos (C-H estirados/curvados); potencial de dispersión (efecto Christiansen); difícil para el trabajo cuantitativo.
Lo mejor para	Sólidos orgánicos e inorgánicos estables y no reactivos; análisis cuantitativo (con cuidado); obtención de espectros de referencia de alta calidad.	Materiales polimórficos; hidratos; compuestos reactivos; exploraciones cualitativas rápidas.

Método 2: El Nujol Mull - Una alternativa para las muestras delicadas

¿Y si su muestra es como un cristal delicado que cambiaría su propia naturaleza bajo la inmensa presión de una prensa de KBr? O tal vez es un hidrato, y molerlo con KBr higroscópico lo despojaría de sus moléculas de agua esenciales. Para estas situaciones, la técnica Nujol mull ofrece una alternativa suave y eficaz. Renuncia a la alta presión y a la matriz salina reactiva, optando en su lugar por suspender la muestra en un medio aceitoso.

El concepto de mulling: Suspensión de partículas en aceite

La filosofía del mull es similar a la del pellet de KBr: reducir el tamaño de las partículas para minimizar la dispersión de la luz. Sin embargo, en lugar de incrustar las partículas en una matriz sólida, las suspendemos en un líquido que tenga un índice de refracción similar. Este es el papel del "agente mulling". Al rodear las partículas de la muestra con un fluido que curva la luz de forma similar, se reduce en gran medida la dispersión del haz IR en la interfaz partícula-líquido.

El agente de mullido clásico es el Nujol, que es el nombre comercial de un aceite mineral pesado y viscoso. El Nujol es esencialmente una mezcla de hidrocarburos saturados de cadena larga (alcanos). Su principal ventaja es que es muy transparente en la región del infrarrojo medio. Su propio espectro es muy sencillo, ya que sólo presenta absorciones de estiramiento C-H (~2950-2850 cm-¹) y flexión C-H (~1460 y 1375 cm-¹). Como estos picos son bien conocidos y nítidos, el analista suele poder distinguirlos de las absorciones de la muestra, o al menos ser consciente de las regiones que ocultan.

Guía paso a paso para preparar un casco de nujol

La técnica mull suele ser más rápida y requiere menos equipo especializado que el método de la pastilla KBr, lo que la convierte en una opción popular para comprobaciones cualitativas rápidas.

Molienda de la muestra

Al igual que con el método KBr, este paso es vital. Hay que moler la muestra sólida (normalmente 2-5 mg) hasta convertirla en un polvo excepcionalmente fino, de nuevo utilizando un mortero de ágata. El objetivo es un tamaño de partícula inferior a 2 µm. Cualquier granulosidad provocará una fuerte dispersión.

Añadir el mulling agent

Una vez que la muestra sea un polvo fino, añada una cantidad muy pequeña de Nujol: una o dos gotas suelen ser suficientes. El objetivo es utilizar la mínima cantidad de aceite necesaria para crear una pasta. Demasiado aceite diluirá excesivamente la muestra, lo que dará lugar a un espectro débil en el que dominarán los picos de Nujol.

Creación de la pasta

Utiliza el mortero para seguir moliendo la mezcla. El Nujol actuará como lubricante, y el proceso transformará rápidamente el polvo en una pasta espesa y suave. La consistencia ideal suele compararse con la de la pasta de dientes o la vaselina. Debe ser uniforme y sin partículas visibles.

Aplicación

El mull se analiza entre dos placas de sal planas y pulidas. Estas placas, normalmente de cloruro sódico (NaCl) o bromuro potásico (KBr), son transparentes a la radiación IR.

1. Traslado: Con una espátula pequeña, transfiera una pizca de la pasta de mull al centro de una placa de sal.
2. Bocadillo: Coloque la segunda placa de sal sobre la primera y gírela suavemente. Esta acción esparce la salmuera formando una película fina y uniforme entre las placas. La película debe parecer ligeramente translúcida, pero no tan gruesa que no se pueda ver a través de ella.
3. Monte: Coloque el "sándwich" de placas en un portacubetas desmontable, que a continuación se coloca en el compartimento de muestras del espectrómetro's.

Navegar por los desafíos de los mulls

Aunque más sencilla en algunos aspectos, la técnica mull presenta sus propios retos interpretativos.

Espectro propio de Nujol's

El problema más evidente es la presencia de los picos Nujol. Las fuertes bandas de estiramiento y flexión del C-H siempre estarán presentes. Esto significa que no se pueden analizar de forma fiable las vibraciones C-H de la muestra. Si la región C-H es precisamente lo que le interesa, el mull Nujol es una mala elección.

Agentes alternativos

Para superar esta limitación, se puede utilizar un agente mullidor complementario. El fluorolubricante es una opción habitual. Se trata de una mezcla de hidrocarburos fluorados. Al no contener enlaces C-H, su espectro está libre de absorciones en la región de estiramiento C-H. Sin embargo, tiene fuertes absorciones C-F en la región de estiramiento C-H. Sin embargo, presenta fuertes absorciones de C-F en la región de frecuencias más bajas (por debajo de ~1300 cm-¹). Una estrategia común es realizar dos espectros separados de la muestra: uno en Nujol para ver claramente la región de frecuencias más bajas, y otro en Fluorolube para ver claramente la región C-H. Al combinar la información de ambos, se puede obtener un espectro de la muestra. Combinando la información de ambos se puede obtener una imagen completa.

El efecto Christiansen

A veces, incluso con un esmerado esmerilado, un espectro de mull mostrará picos distorsionados y asimétricos y una línea de base ascendente en las frecuencias más altas. Esto suele deberse al efecto Christiansen, que se produce cuando el índice de refracción de las partículas sólidas y el agente de mullido coinciden en una longitud de onda específica (Christiansen, 1884). En esta longitud de onda, la dispersión se minimiza, pero en otras longitudes de onda, donde los índices de refracción divergen, la dispersión aumenta. Esto puede minimizarse mediante una molienda más minuciosa para reducir aún más el tamaño de las partículas o intentando encontrar un agente de mullido con un índice de refracción más cercano al de la muestra, aunque esto suele ser poco práctico.

Comparación de los gránulos de KBr y las pastillas de Nujol

La elección entre estos dos métodos clásicos de transmisión implica un compromiso. La pastilla de KBr ofrece la posibilidad de obtener un espectro más "limpio" en toda la gama, pero a costa de más trabajo y de posibles daños a la muestra. La pastilla Nujol es más rápida y suave, pero introduce su propia firma espectral. Una comparación por pares pone de relieve sus respectivos puntos fuertes y débiles y puede orientar al analista en su decisión. La tabla anterior ofrece una comparación estructurada de estas dos técnicas fundamentales.

Método 3: Reflectancia total atenuada (ATR) - La potencia moderna

Durante décadas, la pastilla KBr y el mull Nujol fueron los caballos de batalla indiscutibles para el FTIR de muestras sólidas. Son potentes, pero pueden resultar laboriosos y destructivos. El panorama del análisis rutinario cambió radicalmente con el perfeccionamiento y la popularización de la reflectancia total atenuada (ATR). Esta técnica, que a menudo se ve como una característica estándar en los modernos Espectrómetros de infrarrojos por transformada de Fourierofrece una sencillez y rapidez asombrosas, eliminando en gran medida la necesidad del laborioso rectificado y prensado de los métodos tradicionales. Para muchas aplicaciones en 2025, el ATR es la primera opción.

La física del ATR: una onda evanescente en acción

A diferencia de los métodos de transmisión, en los que el haz de infrarrojos atraviesa la muestra, la ATR es una técnica de superficie basada en un fenómeno de reflexión interna. Imagínese un haz de luz que viaja a través de un medio denso (como un diamante) e incide en el límite con un medio menos denso (como su muestra) en un ángulo elevado. En lugar de pasar a la muestra, la luz se refleja completamente en el diamante. Es la reflexión interna total.

Aquí está la magia: en el punto de reflexión, un campo electromagnético, conocido como onda evanescente, penetra realmente una distancia muy corta (normalmente 0,5-2 µm) en el medio menos denso: la muestra. Esta onda no es luz que se propaga en el sentido tradicional, sino un campo no radiante que decae exponencialmente con la distancia desde la superficie. Si la muestra tiene grupos funcionales que absorben en determinadas frecuencias IR, la onda evanescente se "atenuará" o debilitará en esas frecuencias. El haz reflejado, que ahora lleva la "huella" de esta atenuación, viaja hasta el detector. El espectro resultante se parece mucho a un espectro de transmisión convencional, pero sólo representa la capa superficial de la muestra.

El cristal ATR

El corazón de un accesorio ATR es el cristal, el medio denso donde se produce la reflexión interna. La elección del cristal es importante y depende de las propiedades de la muestra y de la gama espectral deseada.

• Diamante: Es la opción más popular para el ATR de uso general. Es increíblemente duro y químicamente inerte, por lo que resulta ideal para analizar polvos duros, materiales corrosivos y sólidos abrasivos. Puede soportar la alta presión necesaria para garantizar un buen contacto. Su principal limitación es un menor rendimiento por debajo de ~1000 cm-¹ en las unidades de reflexión simple.
• Seleniuro de zinc (ZnSe): Un cristal común y económico. Es bueno para sólidos blandos, líquidos y pastas. Sin embargo, es blando y se raya fácilmente con muestras duras. También es susceptible al ataque de ácidos y bases fuertes.
• Germanio (Ge): Este cristal tiene un índice de refracción muy alto. El resultado es una profundidad de penetración de la onda evanescente mucho menor (menos de 1 µm). Esto lo hace perfecto para analizar muestras muy absorbentes (como polímeros rellenos de carbono) que absorberían totalmente el haz con otros cristales. También es útil para obtener espectros de capas superficiales finas sin interferencias del material a granel que hay debajo.

Guía práctica para el análisis ATR-FTIR

El flujo de trabajo para ATR es refrescantemente simple y es una razón clave para su adopción generalizada. Aprender a preparar una muestra sólida para el análisis IR mediante ATR consiste sobre todo en garantizar un buen contacto.

1. Limpia el cristal: Este es el primer y último paso de cada medición. La superficie del cristal debe estar inmaculada. Cualquier residuo de una muestra anterior aparecerá en el espectro actual. Limpie el cristal con un paño suave y sin pelusas humedecido con un disolvente adecuado (como isopropanol o metanol) y, a continuación, deje que se seque por completo.
2. Recoge un espectro de fondo: Antes de introducir su muestra, debe recoger un espectro de fondo. Esto se hace con el cristal limpio y seco expuesto al aire. El espectrómetro mide el espectro del cristal, la atmósfera circundante (vapor de agua y CO₂) y el propio instrumento. A continuación, este fondo se sustrae digitalmente del espectro de la muestra, eliminando todas esas señales no deseadas.
3. Aplique la Muestra: Coloque una pequeña cantidad de muestra sólida directamente sobre el cristal. En el caso de un polvo, sólo necesita lo suficiente para cubrir la superficie del cristal (que suele tener sólo 1-2 mm de diámetro). Si se trata de un sólido de mayor tamaño, simplemente colóquelo sobre el cristal.
4. Aplica presión: Este es el paso más crucial para una muestra sólida. Un accesorio del ATR incluye un yunque o pinza de presión. Baje el yunque sobre la muestra y gire la perilla para aplicar presión. Esto fuerza al sólido a entrar en contacto íntimo con la superficie del cristal. Sin un buen contacto, la onda evanescente no puede interactuar eficazmente con la muestra, lo que da lugar a un espectro débil, ruidoso o inexistente. La presión deforma ligeramente la muestra a nivel microscópico, maximizando el área de contacto.

Ventajas y limitaciones de la técnica ATR

El RTA parece casi demasiado bueno para ser verdad, pero es importante comprender sus características específicas.

Rapidez y sencillez

La principal ventaja es la eliminación casi total de la preparación de la muestra. No hay que moler, mezclar ni prensar. Se puede obtener un espectro en menos de un minuto. Esto lo hace ideal para el cribado de alto rendimiento, el control de calidad y cualquier aplicación en la que la velocidad sea primordial. Además, es en gran medida no destructivo; la muestra puede recuperarse a menudo después del análisis.

Sensibilidad superficial

El ATR es intrínsecamente una técnica de superficie. Esto es un arma de doble filo. Es perfecta si se desea analizar un revestimiento superficial, una capa de oxidación o la química superficial de un material. Sin embargo, si la superficie no es representativa del material a granel (por ejemplo, si está contaminada o tiene una composición diferente), el espectro de ATR será engañoso. Para el análisis a granel, un método de transmisión como la pastilla KBr podría ser más apropiado.

Posibles problemas

• Mal contacto: Como ya se ha mencionado, ésta es la causa número uno de los malos espectros ATR para sólidos. La solución es aplicar más presión o, si la muestra es muy dura e irregular, molerla antes hasta hacerla polvo para garantizar un mejor contacto.
• Daño de cristal: Aplicar demasiada presión con una muestra muy dura y afilada puede rayar o incluso agrietar un cristal más blando como el ZnSe. Por eso se suele preferir el diamante para sólidos desconocidos o duros.
• Variación de la profundidad de penetración: La profundidad de penetración de la onda evanescente depende de la longitud de onda de la luz, de los índices de refracción del cristal y de la muestra, y del ángulo de incidencia. La profundidad es mayor a longitudes de onda más largas (números de onda más bajos). Esto puede hacer que las intensidades relativas de los picos en el extremo de número de onda bajo del espectro aparezcan ligeramente más fuertes en comparación con un espectro de transmisión (Griffiths & de Haseth, 2007). A menudo, los programas informáticos avanzados pueden aplicar correcciones para este efecto.

Característica	Métodos de transmisión (KBr/Mull)	Reflectancia total atenuada (ATR)
Principio	El haz IR atraviesa la muestra.	El haz IR interactúa con la superficie a través de una onda evanescente.
Preparación de muestras	Extensivo (molido, mezclado, prensado/esparcido).	Mínimo (colocar la muestra sobre el cristal, aplicar presión).
Tiempo de análisis	5-15 minutos por muestra.	< 1 minuto por muestra.
Tipo de análisis	Análisis a granel.	Análisis de superficie (0,5-2 µm de profundidad).
¿Destructivo?	Sí (la muestra se mezcla con la matriz y a menudo no puede recuperarse).	En gran medida no destructiva (la muestra puede recuperarse).
Problemas comunes	Dispersión de la luz; contaminación por agua; efectos de la presión.	Mal contacto muestra-cristal; contaminación superficial; daños en el cristal.
Lo mejor para	Muestras homogéneas; análisis cuantitativo; cuando se necesita la composición global; obtención de espectros de bibliotecas de referencia.	Cribado rápido; control de calidad; análisis de materiales duros/oscuros/gruesos; análisis de superficies; ensayos no destructivos.

Por qué el ATR suele ser la primera opción en 2025

Dada su velocidad, facilidad de uso y versatilidad, el ATR se ha convertido en el método por defecto para un gran número de aplicaciones. Democratiza el análisis FTIR, permitiendo incluso a los no especialistas adquirir rápidamente datos de buena calidad. Las ventajas son innegables para el control de calidad industrial, el análisis forense y la identificación rápida de materiales. Aunque los métodos de transmisión clásicos conservan su lugar para cuestiones de investigación específicas y para la generación de espectros de bibliotecas de alta fidelidad, la comodidad del ATR ha reconfigurado fundamentalmente el flujo de trabajo diario en la mayoría de los laboratorios analíticos.

Elegir el camino correcto: Un marco para la toma de decisiones

Ahora dispone de tres herramientas distintas en su arsenal analítico. La cuestión ya no es sólo "cómo preparar una muestra sólida para el análisis IR", sino "qué método de preparación es el adecuado para esta muestra y esta pregunta". Hacer una elección informada requiere un momento de reflexión, teniendo en cuenta tanto la naturaleza física y química de su sustancia como el objetivo final de su análisis. Es un proceso de adecuación de la herramienta a la tarea.

Considere la naturaleza de su muestra

A menudo será la propia muestra la que le guíe. Sus propiedades pueden hacer que un método sea ideal y otro totalmente inadecuado.

Propiedades físicas

• Dureza: ¿Su muestra es un sólido duro y cristalino, como el cuarzo, o un material blando y ceroso? Para materiales muy duros, el ATR con un cristal de diamante es magnífico, ya que puede soportar la presión necesaria para un buen contacto. Moler un material de este tipo para obtener una pastilla de KBr puede ser extremadamente difícil. Por el contrario, para un sólido muy blando y maleable, una pastilla de KBr puede ser problemática, ya que la muestra puede mancharse en lugar de triturarse; sería mejor un suave arrastre o una simple presión sobre un cristal de ATR.
• Forma: ¿Está trabajando con un polvo fino, un trozo sólido o una película de polímero? Un polvo es versátil y puede utilizarse con cualquier método. Un trozo sólido es perfecto para ATR, pero imposible para un pellet Kbr o un mull sin haber sido previamente desmenuzado y molido. A menudo, una película polimérica fina puede analizarse directamente por transmisión, sin ninguna preparación, siempre que no sea demasiado gruesa.

Propiedades químicas

• Naturaleza higroscópica: ¿Su muestra absorbe fácilmente el agua de la atmósfera? Si es así, el método de la pastilla de KBr está plagado de peligros. El propio KBr es higroscópico, lo que crea un entorno rico en agua que podría alterar la muestra y sin duda introduciría grandes picos de agua en el espectro. Un mull Nujol, en el que la muestra se recubre de aceite protector, es una opción mucho más segura. El ATR también es excelente, ya que el análisis es tan rápido que hay poco tiempo para la absorción de agua.
• Reactividad: ¿Reaccionará su muestra con un haluro alcalino? Algunas sales complejas o compuestos de coordinación pueden sufrir intercambio iónico con KBr. Si sospecha esto, un pellet de KBr no es una opción válida. Se necesitaría el aceite inerte de un mull Nujol o el cristal inerte de un sistema ATR.
• Sensibilidad térmica o a la presión: ¿Tiene su material polimorfos conocidos? Los polimorfos son diferentes formas cristalinas de la misma sustancia, y pueden tener espectros IR distintos. La alta presión de la prensa KBr puede inducir un cambio de un polimorfo a otro (Girón, 2002). Si necesita analizar el estado nativo de un material sensible a la presión, la técnica de mull suave o ATR a presión cero es el único camino a seguir.

Piense en su objetivo analítico

¿Qué pregunta intenta responder? La finalidad del análisis es tan importante como las propiedades de la muestra.

Análisis cualitativo frente a análisis cuantitativo

• Cualitativa (identificación): ¿Intenta simplemente identificar un material o confirmar su identidad? Para ello, la rapidez y la facilidad suelen ser primordiales. En este caso, el ATR es el campeón indiscutible. Un espectro rápido puede compararse con una biblioteca en cuestión de segundos. Un mull Nujol también sirve para una comprobación cualitativa rápida.
• Cuantitativo (¿Cuánto?): ¿Intenta determinar la concentración de un componente en una mezcla? Esto requiere mucho más rigor. La ley de Beer establece que la absorbancia es proporcional a la concentración y a la longitud del camino. Para un trabajo cuantitativo, la longitud del camino debe ser constante y conocida. Esto es notoriamente difícil de conseguir con mulls y ATR. El método de la pastilla de KBr, si se lleva a cabo con una consistencia exacta (mismo peso de muestra, mismo grosor de pastilla), puede dar buenos resultados cuantitativos. Para obtener los resultados cuantitativos más precisos, es preferible utilizar células de transmisión especializadas para películas o líquidos.

Análisis volumétrico frente a análisis superficial

Esta es quizá la línea divisoria más clara.

• Análisis a granel: Si necesita conocer la composición global de un material, necesita una técnica que tome muestras de la masa. El método de la pastilla KBr es el método de referencia, ya que se muele y homogeneiza una muestra representativa del material. Un mull Nujol también proporciona información a granel.
• Análisis de superficies: Si está interesado en un revestimiento, un tratamiento superficial, una capa de oxidación o un contaminante en la superficie, el ATR es la herramienta perfecta. Su escasa profundidad de penetración garantiza que sólo se vean las micras superiores del material, ignorando la mayor parte que hay debajo. Utilizar una pastilla de KBr en este caso sería un error, ya que eliminaría la capa superficial y la diluiría con el material a granel, perdiendo la información que buscaba.

El papel de las herramientas avanzadas de preparación de muestras para el preprocesamiento FTIR

La calidad de la preparación, especialmente en el caso de los métodos de transmisión clásicos, mejora enormemente si se utiliza el equipo adecuado. Aunque un simple mortero de ágata y una maja son intemporales, el laboratorio moderno se beneficia de herramientas diseñadas para la consistencia y la eficacia. Las prensas hidráulicas de alta calidad con manómetros permiten una granulación reproducible. Las trituradoras motorizadas o los agitadores tipo wig-l-bug pueden automatizar el proceso de trituración, garantizando un tamaño de partícula consistentemente fino y una excelente homogeneidad. En el caso del ATR, los accesorios con pinzas de presión calibradas garantizan que el contacto sea suficiente y repetible. Invertir en estos herramientas avanzadas de preparación de muestras para preprocesamiento FTIR eleva la ciencia de un oficio a un procedimiento técnico reproducible, lo que minimiza la variabilidad y permite obtener datos más fiables de distintos usuarios y días.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

¿Cuál es la causa del pico ancho y feo alrededor de 3400 cm-¹ en mi espectro de pellets KBr? Esta es la firma clásica de la contaminación por agua. El pico amplio es la vibración de estiramiento O-H de las moléculas de H₂O. Se origina por la humedad absorbida por el polvo higroscópico de KBr o por la propia muestra. Para evitarlo, seque bien el KBr en un horno antes de usarlo, guárdelo en un desecador y prepare el pellet lo antes posible.

Mi espectro ATR es muy débil y ruidoso. ¿Cuál es el problema más probable? La causa más común de una señal ATR débil con una muestra sólida es un contacto deficiente entre la muestra y el cristal ATR. La onda evanescente sólo penetra unas pocas micras, por lo que el contacto íntimo no es negociable. Intente aplicar más presión con el yunque. Si la muestra es muy dura o tiene una superficie irregular, molerla hasta convertirla en un polvo fino antes de colocarla sobre el cristal puede mejorar drásticamente el área de contacto y la intensidad de la señal.

¿Es Nujol el único agente de mullido que puedo utilizar? ¿Y si necesito ver la región C-H? El nujol es el agente de mullido más común, pero sus propios picos de C-H oscurecen las regiones de 3000-2850 cm-¹ y 1460-1375 cm-¹. Si esta zona es importante para su análisis, debe utilizar un agente de mulling complementario como el Fluorolube (un hidrocarburo perfluorado). El Fluorolube es claro en la región C-H pero tiene fuertes absorciones por debajo de 1300 cm-¹. La mejor práctica es realizar dos espectros: uno en Nujol y otro en Fluorolube, para obtener una imagen completa del espectro de la muestra.

¿Cómo limpio correctamente mi mortero de ágata entre muestra y muestra? Para evitar la contaminación cruzada, es esencial una limpieza meticulosa. En primer lugar, elimine todos los residuos posibles con un paño seco o una toalla de papel. A continuación, coloque en el mortero una pequeña cantidad de material abrasivo limpio (KBr o NaCl de calidad espectroscópica) y tritúrelo durante un minuto. De este modo se "restregarán" las superficies. Deseche este polvo limpiador. Repita la operación si es necesario. En caso de residuos persistentes, puede ser necesario un lavado con disolvente (acetona o isopropanol) seguido de un secado a fondo. No utilice nunca un mortero contaminado.

¿Puedo reutilizar una pastilla de KBr? Técnicamente, sí, pero en general no es una buena práctica. Una vez expuesta a la atmósfera, la pastilla empezará a absorber humedad, lo que degradará el espectro con el tiempo. Si tiene que almacenarlo, guárdelo en un desecador. Para cualquier trabajo riguroso o cuantitativo, debe prepararse un pellet nuevo para cada análisis a fin de garantizar la reproducibilidad.

¿Qué es el efecto Christiansen y cómo puedo minimizarlo? El efecto Christiansen es un artefacto espectral que puede aparecer en espectros de transmisión de partículas suspendidas en un medio (como un mull Nujol). Provoca formas de pico distorsionadas y asimétricas y una línea de base inclinada. Se produce porque el índice de refracción de las partículas y el medio coinciden en una longitud de onda pero no en otras, lo que provoca una dispersión variable. La mejor forma de minimizarlo es moler la muestra hasta obtener el tamaño de partícula más pequeño posible (idealmente < 2 µm).

¿Puedo realizar análisis cuantitativos con el RTA? El análisis cuantitativo con ATR es posible, pero más complejo que con los métodos de transmisión. La longitud efectiva del trayecto depende de diversas variables, como la longitud de onda y los índices de refracción del cristal y de la muestra. Sin embargo, para un tipo de muestra determinado, si la presión se aplica de forma constante y la superficie es uniforme, la señal ATR puede ser proporcional a la concentración. Requiere una calibración cuidadosa con patrones de concentración conocida y es más fiable para medir componentes menores o cambios en una matriz consistente.

Conclusión

El paso de una sustancia sólida a un espectro infrarrojo significativo es un testimonio del arte y la ciencia del químico. Es un proceso en el que las acciones macroscópicas -moler, mezclar, prensar- tienen profundas consecuencias a nivel microscópico y espectroscópico. Hemos visto que no existe una única "mejor" manera de preparar una muestra sólida para el análisis por infrarrojos; más bien, hay un espectro de opciones, cada una con su propia lógica y finalidad. El método de la pastilla KBr, exigente y preciso, ofrece un camino hacia el análisis de alta resolución y a granel. El método Nujol mull ofrece una alternativa más suave para los materiales sensibles, ya que cambia una ventana espectral completa por la simplicidad del procedimiento. Y la reflectancia total atenuada, el motor moderno, ofrece una velocidad y facilidad sin precedentes para el análisis de superficies, redefiniendo el flujo de trabajo en innumerables laboratorios.

Elegir sabiamente entre estas técnicas es entablar un diálogo con el propio material, comprender su disposición física y química y alinear nuestro método con nuestra intención analítica. Una muestra bien preparada es el socio silencioso del descubrimiento espectroscópico. Es la base sobre la que se construyen datos fiables y de la que se pueden extraer conclusiones claras e inequívocas. Dominar estas técnicas de preparación no es una tarea preliminar, sino una parte integral del proceso analítico que permite al científico transformar un sólido opaco en una huella molecular reveladora.

Referencias

Christiansen, C. (1884). Untersuchungen über die optischen Eigenschaften von fein vertheilten Körpern. Annalen der Physik und Chemie, 259(10), 298-306. https://doi.org/10.1002/andp.18842591008

Girón, D. (2002). Investigaciones de polimorfismo y pseudopolimorfismo en la industria farmacéutica mediante análisis térmico. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 68(2), 359-382. :1016147424610

Griffiths, P. R., & de Haseth, J. A. (2007). Fourier transform infrared spectrometry (2ª ed.). Wiley-Interscience. https://doi.org/10.1002/0470106338

Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Vyvyan, J. R. (2015). Introducción a la espectroscopia (5ª ed.). Cengage Learning.

Thermo Fisher Scientific. (sin fecha). ATR a-go-go: Una introducción a la reflectancia total atenuada. https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/MSD/Application-Notes/AN50731-ATR-a-go-go-introduction-attenuated-total-reflectance.pdf