ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO - QUÍMICA ANALÍTICA

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AMANDA AYUMI KETAYAMA
HENRIQUE DA SILVA FARINHA
MORGANA TUCHAPSKI
SIOMARA ASSUNÇÃO SILVA
SUZI ADRIANA FELIPE DE OLIVEIRA VALLADÃO
TAMIRES BARBOSA DIAS DE ANDRADE
ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO
fam – faculdade de americana
americana - sp
maio de 2019
AMANDA AYUMI KETAYAMA
HENRIQUE DA SILVA FARINHA
MORGANA TUCHAPSKI
SIOMARA ASSUNÇÃO SILVA
SUZI ADRIANA FELIPE DE OLIVEIRA VALLADÃO
TAMIRES BARBOSA DIAS DE ANDRADE
ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO
	Trabalho apresentado para avaliação na disciplina de Química Analítica, do curso de Farmácia 3º semestre, ministrado pela professora Silvia Vaz Guerra Nista.
fam – faculdade de americana
americana - sp
maio de 2019
SUMÁRIO
1.Introdução
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2. DESENVOLVIMENTO
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2.1. PRINCÍPIO DA TÉCNICA
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 2.1.1 Vibrações moleculares
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 2.1.2 Espectroscopia no Infravermelho..............................................6/7/8
 2.1.3 Infravermelho Próximo
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 2.1.4 Transformada de Fourier
8
2.2. APLICAÇÕES
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2.3. EXEMPLO DE APLICAÇÃO.
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 2.3.1 Análise de medicamentos contento cloridrato de Ciclobenzaprina por espectroscopia no infravermelho
10/11/12
 2.3.2 Análise de medicamentos contento Ciprofloxacino por espectroscopia no Infravermelho
12/13/14
3.Conclusão
15
4.Bibliografia
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1.INTRODUÇÃO
As técnicas mais utilizadas no controle de qualidade de fármacos são: a espectrometria UV-Visível e a cromatografia líquida de alta eficiência. Porém, essas técnicas são trabalhosas e demoradas pois necessitam de manipulações especificas quando são aplicadas em medicamentos sólidos. Além disso, são técnicas custosas, pois requerem o uso de solventes e reagentes, necessitando de profissionais qualificados para sua manipulação. (SIMÕES, 2008). Umas das técnicas analíticas para evitar os problemas apresentados pelas técnicas convencionais é a espectroscopia vibracional no infravermelho, a qual faz uso da luz infravermelha para medir as concentrações das soluções. Quanto maior a concentração da solução, mais luz é absorvida.
Como as demais técnicas espectroscópicas, ela pode ser usada para analisar a composição de uma amostra e por isso, é utilizada na identificação do princípio ativo de fármacos.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 PRINCÍPIO DA TÉCNICA
2.1.1 Vibrações moleculares
O movimento dos átomos resulta em rotações e vibrações moleculares.
Se a molécula receber radiação eletromagnética com a mesma energia de uma dessas vibrações, então a luz será absorvida, desde que sejam atendidas determinadas condições, fazendo com que a ligação se estique, e isso se chama vibração de estiramento.
As vibrações moleculares de estiramento são oscilações, parecidas com molas, e são radiais das distâncias entre os núcleos, conforme podemos ver na figura abaixo:
Figura 1: Vibrações de estiramento
Fonte: http://www2.sorocaba.unesp.br/gpm/ftir.htm
A espectroscopia vibracional surge das vibrações dos átomos em moléculas. E a radiação infravermelha do espectro eletromagnético converte-se, quando absorvida, em energia vibracional molecular. 
O espectro vibracional aparece como uma série de bandas que representam os diferentes níveis de energia vibracional. Alguns grupos de átomos dão origem a bandas que ocorrem quase que na mesma frequência, independentemente da estrutura da molécula. É justamente a presença dessas bandas características que permite fazer a identificação de estruturas (SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2005). A radiação infravermelha não tem energia suficiente para excitar os elétrons, mas ela faz com que os átomos vibrem com maior rapidez e com maior amplitude em torno das ligações covalentes que os unem.
As ligações podem vibrar de seis modos: estiramento simétrico, estiramento assimétrico, tesoura, torção (twist), balanço (wag) e rotação.
2.1.2 Espectroscopia no Infravermelho
A espectrofotometria é o processo instrumental de medição baseado nas propriedades de absorção e emissão de energia em alguma região do espectro eletromagnético.
A região do espectro eletromagnético correspondente ao infravermelho mostra mudanças no estado energético vibracional da molécula. A parte do espectro percebida pelo olho humano, a região visível, está entre comprimentos de onda de 380 nm a 780 nm.
Na imagem abaixo, podemos ver os comprimentos de onda das principais cores visíveis pelos nossos olhos.
Figura 2: Comprimentos de onda da luz visível 
Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-infravermelho.htm
E acima desse limite, até cerca de 50.000 nm, a radiação é chamada infravermelha. A região do infravermelho entre 2.500 nm a 15.000 nm concentra o maior interesse dos químicos, embora as regiões do infravermelho próximo (700 nm a 2.500 nm) e do infravermelho distante (14.300 nm a 50.000 nm) venham atraindo mais atenção ultimamente.
Na imagem a seguir, fica bem evidente a localização destes comprimentos de onda:
Figura 3: Comprimentos de ondas infravermelhas
Fonte:https://www.edmundoptics.com/resources/application-notes/optics/optics-101-level-1-theoretical-foundations
A Espectroscopia de Absorção no Infravermelho funciona medindo a energia absorvida nas transições vibracionais de uma dada amostra. Ela se baseia no fato de que as ligações químicas das substâncias possuem frequências de vibração específicas, as quais correspondem a níveis de energia da molécula (chamados de níveis vibracionais). Tais frequências dependem da forma da superfície de energia potencial da molécula, da geometria molecular, das massas dos átomos e eventualmente do Acoplamento vibrônico (interação entre estados eletrônicos e estados vibracionais).
O objetivo da espectroscopia de absorção no infravermelho é a determinação dos grupos funcionais de um dado material. Cada grupo absorve em frequência característica de radiação na região do infravermelho. Assim, um gráfico de intensidade de radiação versus frequência, o chamado espectrograma de infravermelho, permite caracterizar os grupos funcionais de um padrão ou de um material desconhecido. Cada pico num espectro de infravermelho corresponde a um grupo funcional específico que por sua vez, podem ser formadas por diferentes combinações entre átomos ou número de elétrons compartilhados (GIL, 2008). 
A identificação positiva de uma molécula se baseia no fato de o espectro vibracional reproduzir o espectro característico dessa molécula, pois todas as substâncias têm seu próprio espectro característico.
2.1.3 Infravermelho próximo
O sistema de análises por infravermelho próximo - Near Infrared (NIR), pode vir a substituir grande parte das metodologias convencionais de análises em laboratório, garantindo a qualidade e as especificidades necessárias para cada análise. Sua grande vantagem em relação aos métodos tradicionais está na análise múltipla dos constituintes, no período máximo de um minuto por amostra, menor necessidade de mão-de-obra, rapidez e, portanto, menor custo variável, além de não ser poluente por não utilizar produtos químicos ou reagentes (AMORIM, 1996).
Deve-se ressaltar a diferença marcante entre infravermelho médio e próximo. No infravermelho próximo as distorções nos espectros são quase imperceptíveis, enquanto no infravermelho médio as distorções são mais frequentes. Uma maneira de contornar esse efeito não desejado é diluindo a amostra numa matriz não absorvente, como KBr (Olinger, Griffiths, 1993a,b; Pasikatan et al., 2001)
2.1.4 Transformada de Fourier
A Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier fornece evidências da presença de grupos funcionais presentes na estrutura de substâncias, podendo ser usada para identificar um composto ou investigar sua composição química. 
Para realizar as medidas, a radiação no infravermelho passa através da amostra e é comparada com aquela transmitida na ausência de amostra. O espectrofotômetro registra o resultado na forma de bandas de absorção. A região do espectro eletromagnético de maior interesse para essa técnica se encontra entre 4000 a 400 cm-1
A grande variedade de acessórios e softwares disponíveis permiteao usuário configurar o sistema conforme suas necessidades, atendendo desta forma às mais diversas aplicações.
2.2 APLICAÇÕES
Com o desenvolvimento de novas técnicas analíticas o controle de qualidade evoluiu significativamente. Até recentemente, a espectroscopia na região do infravermelho era pouco utilizada em análises quantitativas em decorrência de algumas limitações inerentes à técnica. Porém, com a utilização da transformada de Fourier, aliada à evolução de técnicas quimiométricas, ao surgimento dos microprocessadores digitais e de técnicas computacionais avançadas, permitiram-se as análises de misturas complexas, como os medicamentos. Além disso, a identificação destas substâncias pode ser alcançada tanto quantitativamente como qualitativamente (De Souza, Ferrão, Parisotto, Furtado, 2004). Associada ao crescente desenvolvimento do método de refletância difusa, este tipo de análise garante a caracterização de fármacos com extrema rapidez.
Hoje em dia ela é utilizada em laboratórios de pesquisa, tanto nas indústrias quanto nos meios acadêmicos, tão importante como outros meios analíticos instrumentais modernos, tais como a espectrometria no ultravioleta, a espectrometria de absorção atômica e a espectrometria de raios x.
Algumas das vantagens dessa técnica são a facilidade de preparação da amostra; a possibilidade do uso de amostras em filmes sólidos, amostras líquidas e gasosas; bem como o custo, o tamanho e a versatilidade do equipamento necessário para as análises. A grande variedade de acessórios e softwares disponíveis permite ao usuário configurar o sistema conforme suas necessidades, atendendo desta forma às mais diversas aplicações.
Outra vantagem é que o espectrofotômetro de infravermelho custa menos que a metade de um aparelho de espectrometria de raios x. 
2.3. EXEMPLO DE APLICAÇÃO
A técnica de espectrofotometria é usada na análise de medicamentos para analisar a concentração do soluto de uma amostra do medicamento. É usado na área de controle de qualidade, garantindo a eficácia e confiabilidade do produto.
2.3.1. Análise de medicamentos contento cloridrato de Ciclobenzaprina por espectroscopia no infravermelho
O cloridrato de ciclobenzaprina é um dos medicamentos mais utilizados para atuar no relaxamento muscular e alívio de dores agudas ou crônicas, promovendo uma diminuição nos espasmos musculares, torcicolos e dor lombar. 
Figura 4: Fórmula estrutural do Cloridrato de Ciclobenzaprina
Fonte:http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0831_0480_01.pdf
A indústria farmacêutica apresenta um gama muito grande de produtos com este princípio ativo, sendo distribuídos nas formas de comprimidos de 5mg e 10mg, seguindo as normas dos medicamentos de referência, similar e genérico. Através da espectroscopia vibracional no infravermelho, pode-se identificar a presença de cloridrato de ciclobenzaprina nesses medicamentos registrados e autorizados pela Agência de Vigilância Sanitária (ANVISA), a fim de assegurar a qualidade dos fármacos. Em um estudo realizado no Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento da Universidade do Vale do Paraíba foram identificadas as bandas marcadoras do princípio ativo nos medicamentos comerciais e os resultados encontrados, mostram que os medicamentos B e C apresentaram intensidades significativas do princípio ativo. No medicamento A verificou-se a presença do princípio ativo, só que em menor intensidade, e no medicamento D foi encontrado uma deformação em seu espectro, indicando alterações no fármaco.
Para este estudo foram utilizados: (A) medicamento referência, (B) medicamento similar, (C) medicamento genérico, (D) medicamento manipulado, e uma amostra de cloridrato de ciclobenzaprina com 99% de pureza. As amostras encontravam-se em estado sólido e temperatura ambiente.
Para proporcionar visualização e compreensão de todas as bandas encontradas nos espectros, a seguir mostra-os agrupados, indicando as regiões consideradas marcadoras do princípio ativo, ilustrando o estudo de controle de qualidade de medicamentos, tendo como ponto de partido a amostra pura do ativo.
Figura 5: Espectros Infravermelhos de Ciclobenzaprina agrupados, do medicamento de referência (A), do medicamento similar (B), medicamento genérico (C) e do medicamento manipulado (D)
Fonte:http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0831_0480_01.pdf
Nota-se que as bandas de 2437 cm-1 e 1485 cm-1, referentes ao estiramento do grupo amina N-H e do estiramento C-C encontrados no princípio ativo, não foram identificadas nos medicamentos A, B, C e D. A banda de 969 cm-1, não foi localizada nos espectros, possivelmente mascarada pela presença de excipiente nos medicamentos. Em contrapartida, a banda de 763 cm-1, referente a deformação fora do plano do anel aromático C–H, foi encontrada em todos os espectros analisados. Nos medicamentos B e C, identifica-se uma intensidade significativa na região de 763 cm-1, já no medicamento A, essa intensidade apresenta-se menos acentuada. No medicamento D, pode-se notar uma pequena deformação no espectro, indicando possíveis alterações no produto.
Tabela 1: Modos vibracionais para o princípio ativo do cloridrato de ciclobenzaprina 
	Modo Vibracional 
	Região (cm‐1) 
	Estiramento da ligação N–H (amina)
	2437 cm-1
	Estiramento da ligação C–C
	1485 cm-1
	Deformação angular do grupo C–H
	969 cm-1
	Deformação fora do plano do anel aromático   
	763 cm-1
2.3.2. Análise de medicamentos contento Ciprofloxacino por espectroscopia no Infravermelho
O Ciprofloxacino é um antibiótico do grupo das quinolonas que bloqueiam determinadas enzimas de bactéria que têm um papel fundamental no metabolismo e na reprodução bacteriana, matando as bactérias causadoras da doença. Ativo contra bactérias gram-negativas e indicado para infecções do trato urinário, prostatites, gastroenterites severas, doenças sexualmente transmissivéis (DSTs), infecções da pele e tecidos moles.
Figura 6: Fórmula estrutural do Ciprofloxacino
Fonte:http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0816_0464_01.pdf
A banda mais intensa 1703 cm-1 assinalada na cor vermelha foi escolhida para servir de marcadora da presença do princípio ativo nos medicamentos comerciais.
Tabela 2: Modos vibracionais para a molécula de Ciprofloxacino 
	Modo Vibracional 
	Região (cm‐1) 
	Estiramento de ligação N–H (amina)
	3528 cm-1
	Estiramento de ligação C=O
	1703 cm-1
	Deformação de ligação C–F
	1269 cm-1
	Anel aromático   
	804 cm-1
Figura 7: Espectros Infravermelhos de Ciprofloxacino agrupados, do medicamento de referência (A), do medicamento genérico (B), medicamento genérico (C) medicamento genérico (D) e do medicamento similar (E).
Fonte:http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0816_0464_01.pdf
Os espectros dos medicamentos de referência e genérico são semelhantes, mostrando que até seus excipientes são iguais, comprovando assim que o medicamento genérico avaliado segue os padrões da ANVISA. Tal resultado também comprova os padrões da ANVISA, pois o similar pode diferir em características relativas ao tamanho e forma do produto, prazo de validade, embalagem, rotulagem, excipientes e veículos. Os resultados de cálculos das intensidades relativas das bandas de estiramento da ligação C=O são mostrados na figura 7 e tabela 2. 
3. CONCLUSÃO
A realização deste trabalho permitiu o conhecimento da técnica de espectroscopia vibracional no infravermelho, a qual é confiável e apresenta-se como uma excelente alternativa para as análises de compostos químicos. Pois dentre as vantagens dessa técnica, evidencia-se a não agressão ao meio ambiente, já que ela não gera resíduos e tem baixo custo, comparado com outras técnicas de análise química.
Através das pesquisas realizadas pela Universidade do Vale do Paraíba, as quais analisaram qualitativamente as amostras de medicamentos de referência, similar e genérico, notou-se que os espectros do medicamento Ciprofloxacino indicaram que todos eles se adequavam aos padrões solicitados pela ANVISA e atésuperam as expectativas pois se diferiram minimamente na sua composição e financeiramente apresentam valores bem variáveis. E quando falamos em valores acaba por reafirmar a política de medicamentos genéricos no Brasil, iniciada em 1999, com o objetivo de facilitar o acesso da população a medicamentos com custo reduzido e com qualidade comprovada.
4. BIBLIOGRAFIA
1. BRASIL ESCOLA. O que é infravermelho?. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-infravermelho.htm. Acesso em: 15 Mai.19.
2. DE SOUZA, J.S.; FERRÃO, M.F. Aplicações da espectroscopia no infravermelho no controle de qualidade de medicamentos contendo diclofenaco de potássio. Parte I : Dosagem por regressão multivariada, Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, Santa Cruz do Sul, vol. 42, n. 3, jul./set., 2006.
3. DE SOUZA, J.S.; FERRÃO, M.F.; PARISOTTO, G.; FURTADO, J.C. Análise de medicamentos antiinflamatórios não-esteróides manipulados empregando espectroscopia no infravermelho (DRIFTS). Rev. Cienc. Farm., Araraquara, v.25, n.2, p.91-98, 2004.
4. DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA DA UFRGS. Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Disponível em: < https://www.enq.ufrgs.br/labs/files/Texto_sobre_FTIR.pdf> Acesso em 20 Mai. 2019.
5. EDMUND OPTICS. The electromagnetic spectrum. Disponível em: <https://www.edmundoptics.com/resources/application-notes/optics/optics-101-level-1-theoretical-foundations/> Acesso em: 20 Mai. 2019.
6. GIL, E.S. Controle Físico-Químico de Qualidade de Medicamentos. 2 ed. 2 rev. São Paulo: Pharmabooks, 2008. 486 p.
7. LIMA, C.A.; TOLEDO, R.V.; SAKANE, K.K. Educação e ciência para a cidadania global, 2016. Análise do ciprofloxacino em amostras de medicamentos de referência, similar e genérico por espectroscopia no infravermelho. Disponível em: <http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0816_0464_01.pdf> Acesso em 01 Mai. 2019.
8. NUNES, W.C.; SAKANE, K.K. Educação e ciência para a cidadania global, 2016. Análise de medicamentos contento cloridrato de Ciclobenzaprina por espectroscopia no infravermelho (FTIR-UATR). Disponível em: <http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2016/anais/arquivos/RE_0831_0480_01.pdf> Acesso em: 01 Mai. 2019.
9. QUÍMICA. Análise instrumental: Conceitos e avanços da análise no infravermelho. Disponível em: <https://www.quimica.com.br/analise-instrumental-conceitos-e-avancos-da-analise-infravermelho> Acesso em: 15 Mai. 2019.
10. SILVERSTEIN, R. M.; WEBSTER, F. X.; KIEMLE, D. J.; Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos. 7 ed. Livros Técnicos e Científicos, 2005.
11. SIMÕES, S. S. Desenvolvimento de métodos validados para a determinação de captopril usando espectrometria NIRR e calibração multivariada. 83f, 2008. Tese (Doutorado em Química Analítica) - UFPB/CCEN, 2008.
12. UNESP SOROCABA. Espectroscopia de Absorção no Infravermelho (IRS). Disponível em: <http://www2.sorocaba.unesp.br/gpm/ftir.htm> Acesso em: 01 Mai. 2019.
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