Aplicaciones Espectroscopia Raman

PRINCIPIO

Una radiación monocromática incide sobre una molécula, ocurre un intercambio instantáneo de energía entre la fuente de radiación y la molécula

El fotón emitido es elásticamente dispersado por la molécula

La luz incidente conserva su frecuencia original y no cambia la longitud de onda

Es causada por la dispersión inelástica de fotones por lamolécula y esto resulta en la producción de una longitud de onda diferente de la luz incidente

STOKES

ANTI-STOKES

INSTRUMENTACIÓN

Láser

Ancho de banda angosto

Consumo de poder bajo

Estable en potencia y longitud de onda

Selección del láser

Láser UV

La muestra puede ser quemada o dañada

Alto costo

Láser NIR

Arriba de 900 nm

Señal débil

Interfaz de muestreo

Alta resolución

Bajo ruido

Buen detector

Espectrómetro óptico

Analiza diversos tipos de muestras de manera fácil

Fibra óptico más usada

EXAMINANDO UN ESPECTRO

Se debe tomar en cuenta que:

Programa de 12 pasos

Interpretar siempre espectros debuena calidad

Evitar mezclas si es posible

Utilizar otros conocimientos de la muestra

Determinar parámetros de medición del espectro

Identificar interferencias espectrales antes de otros picos

Identificar picos a partir de componentes que se sabe que están presentes

Lee el espectro de izquierda a derecha

Asigna las bandas intensas primero

Rastrear bandas secundarias de grupos funcionales ya encontrados

Asignar otras bandas según sea necesario. Huella digital

Anote grupos funcionales que cree que existen en la muestra

4000-2500

3700-3100

OH,Amino,Acetileno

3200-2980

Aromáticos y alquenos

3000-2700

Alifáticos

2300-1900

Triples enlaces

1900-1500

1900-1550

Carbonilo

1690-1400

Dobles enlaces, nitratos, aminas, aromáticos, alquenos

1500-400 huella digital

Verificar frecuencias de grupo asociadas con componentes estructurales sospechosos y tomar en cuenta las limitaciones y contribuciones espectrales de cualquier preparación de muestras.

Las vibraciones simétricas y los grupos no polares son más fáciles de estudiar por Raman, mientras que las vibraciones asimétricas y los grupos polares son más fáciles de estudiar por IR.

La simetría de los elementos incluyen planos de simetría, ejes de simetría y un centro de simetría.

FUNDAMENTOS

Fenómeno de dispersión de luz

Factores que afectan la dispersión

Tamaño

Forma

Índice de refracción

Longitud de onda de la radiación

Geometría

Comprende una pequeña fracción de los fotones que inciden

Existen dos tipos de cambio de energía

Un electrón en estado basal es promovido a un estado virtual

Se relaja a un estado de un nivel mas elevado que del que inicio

Emite un fotón con menos energía que el incidente

Un electrón en un estado mas energético que el basal

Se promueve a un estado virtual y entonces se relaja a su estado basal

Emitiendo un fotón de mayor energía que el incidente

Un espectro Raman es una "huella" molecular que proporciona información estructural

INTERFERENCIAS

La fluorescencia es un fenómeno que interfiere en Raman

Es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente

Es inversamente proporcional a la longitud de onda incidente

Consderar lalongitud de onda de excitación

La estructura química del material no depende de la longitud de onda de láser

Nanomateriales

Características

Natural, accidental o fabricado

Tiene partículas sueltas, agregadas o aglomeradas

Mas del 50% con dimensiones menores a 100 nm

En casos específicos o cuestiones de bienestar el umbral es de 1% a

Historia

Antigüedad

China: colorantes inorgánicos de porcelana

Antiguo Egipto: Coloides de oro medicinales

Industria

Aditivos

Nanoencapsulados

Nanopartículas

Nanoemulsiones

Procesado

Nanopartículas

Nanoemulsiones

Alimentos

Nanocompositos

Nanopartículas

Materiales nanoestructurados

Nanosensores

Manufacturación

Nano-objeto

Nanoplaca

Nanofibra

Nanohilo (conductor eléctrico)

Nanotubo (hueco)

Nanovarilla (sólido)

Nanopartícula

Materiales nanoestructurados

Polvo nanoestructurado

Nanocompuesto

Nanoespuma sólida

Material nanoporoso

Nanodispersión fluida

Seguridad de produción

Pueden causar daños al ADN

Considerar

Efectos para la salud

Eficacia de la ventilación

Equipos de Protección Personal

Limites de Exposición Profesional

Nanomateriales con base de Carbono

Fullerenos

Esfera hueca

Solo átomos de C (28-100)

Anillos penta/hexa/hepta-gonales

Quimicamente estábles e insolubles en disoluciones acuosas

Grafenos

Nanoplacas (Lámina 2D)

Red Hexagonal de C

Propiedades

Dureza similar a la del diamante

Élastico/Flexible

Denso y ligero

Conductividad térmica y eléctrica

Subtopic

Resistente a las radiaciones ionizantes

Nanofibras de carbono

Láminas de grafeno

Estructura en copa

Difieren mas en propiedades mecánicas y eléctricas

Negro de humo

Partículas (<100 nm) de carbono puro aglomeradas/agregadas

Producto de

Combustión incompleta

Descoposición térmica de hidrocarburos

Elevada resitencia y conductividad mecanica

Nanotubos de carbono

Láminas tubulares parecidas al grafeno

Pared simple (SWCNT)/Pared múltiple (MWCNT)

Propiedades

Estabilidad Química y térmica

Elasticidad (resisten deformación y estiramiento)

Conductividad Térmica y eléctrica

Alta relación Resistencia-Peso

Baja densidad

Espectros Raman

La banda RBM (Radial breathing modes)
≤350 cm-1

Diámetro del SWCNT

Indices de quiralidad

Banda tangencial G ≈1600 cm-1

Banda denomina D (disorder-
induced) 1250 cm-1 a 1400 cm-1

Desorden en la estructura cristalina

Doblamiento

Impurezas

Vacantes

Consideraciones

Absorción de luz → fuerte
calentamiento local desplazamiento al rojo y modificaciones de fase (transición de fase,oxidación, fotoquímica, etc.)

Pueden ocurrir modificaciones sin ningún cambio visible

Materiales coloreados puede limitar la profundidad de penetración

SERS

Mejorar la dispersión Raman por interacción de carga entre superficie y molécula

Agregando metales como:

Plata

Oro

Cobre