Tanto la espectroscopia Infrarroja como la Raman producen transiciones entre niveles vibracionales cuantizados, aunque los mecanismos que inducen estas transiciones son diferentes.
Los espectros de IR y Raman de un compuesto proporcionan grande información sobre sus propiedades internas (composición química, impurezas, interacción entre sustituyentes, análisis de grupos funcionales, etc.), por lo que es de gran importancia en el análisis cualitativo.
Dentro de las múltiples aplicaciones de estas técnicas podemos destacar, por ejemplo, el análisis de polímeros, adictivos, estudios forenses, identificación de contaminantes ambientales, medicina, diversas áreas de la Química (organometálica, orgánica, inorgánica, agrícola, industrial), patrimonio (identificación de pigmentos), etc.
La espectroscopia infrarroja es una de las técnicas espectroscópicas más versátiles y de mayor aplicación. Las posibles aplicaciones de esta técnica son, por tanto, innumerables. A continuación se citan algunas de las más importantes:
- Caracterización e identificación de materiales:
- Polímeros y plásticos.
- Sólidos inorgánicos (minerales, catalizadores, materiales compuestos…).
- Análisis de productos farmacéuticos y de síntesis.
- Análisis de contaminantes.
- Ciencia Forense (identificación).
- Biomedicina (análisis de tejidos).
- Conservación artística (análisis de pigmentos, materiales utilizados…).
- Industria del reciclaje (identificación de materiales poliméricos).
- Seguimiento de procesos químicos, etc.
En la espectroscopia Raman la característica principal de esta técnica es explotar el efecto Raman para identificar y caracterizar de manera no destructiva y sin contacto la estructura química de materiales, de manera que sea posible identificar aisladamente partículas del orden de la micra.
El campo de aplicación es muy extenso, se pueden destacar:
- Aplicaciones en gemología (caracterización de piedras preciosas).
- Semiconductores.
- Aplicaciones farmacéuticas.
- Estudios de interacciones en medios acuosos y no acuosos.
- Estudios de fibras y películas orgánicas.
- Aplicaciones en catálisis.
- Estudio de materiales carbonosos (fibras, carbonizados, breas, grafito, diamante...)
- Caracterización de pigmentos y pinturas en arqueología.
- Identificación de drogas y explosivos, etc.
Las muestras deben entregarse en la Unidad acompañadas de una hoja de solicitud debidamente cumplimentada.
Para IR
Tipo de muestras: se pueden registrar muestras sólidas (polvos, superficies, fibras, espumas, films, etc.) y líquidas (pastas, geles, aceitosas, etc.).
En el modo de trabajo en transmisión (pastillas de KBr, ventas de ICs), las muestras sólidas deberán estar totalmente libres de agua o restos de disolventes para mezclarse con KBr y molerse antes de conformarse en pastilla.
En el modo ATR las muestras no necesitan ninguna preparación, aunque deben cumplir algunos requisitos. La utilización del accesorio de ATR con cristal de diamante permite la obtención de espectros de ATR de materiales poco usuales en esta técnica, como por ejemplo sólidos pulverulentos, espumas, fibras, muestras acuosas, etc. Se trata de una técnica no destructiva
En estos momentos es posible el análisis de muestras líquidas y sólidas tanto por ATR como por transmisión.
Para Raman Dispersivo
Esta técnica es de carácter no destructivo. Las limitaciones pueden estar relacionadas, en algunos casos, con muestras multicomponentes y disoluciones de muestras muy diluidas, puesto que el espectro Raman asociado puede resultar intrínsecamente débil.
Tipo de muestras
La naturaleza de las muestras puede ser sólida (con distintos estados de agregación como polvos, piezas, partículas, etc.) y líquidas. Dado que se trata de una técnica de microespectroscopia el tamaño de la muestra puede ser microscópico, permitiendo analizar distintas zonas dentro de la misma muestra. En el caso de muestras de mayor tamaño, o que no puedan adaptarse a la base del microscopio, se dispone de un accesorio que permite realizar este tipo de registros.
Preparación de la muestra
Las muestras a analizar no necesitan ningún tratamiento previo. Preferiblemente, la muestra debe traerse en portaobjetos o en cubre para adaptarse mejor a la base del microscopio, en caso contrario se puede estudiar la preparación.
En la espectroscopia infrarroja (IR) la molécula absorbe energía y salta de un nivel vibracional a otro.
En la espectroscopia Raman se produce un fenómeno de dispersión de la luz. Cuando un manojo de luz altamente contaminado y monocromático incide sobre una muestra y se canalizan las frecuencias de la luz desperdigada, nos encontramos que la mayor parte de la luz se dispersó sin cambios, este proceso se conoce como el efecto Rayleigh. No obstante, una pequeña parte de la luz incidente se dispersa con cambios en su frecuencia original, así se encontrarán frecuencias con valores más altos y más bajos con relación la esa frecuencia original. Estas frecuencias son las llamadas frecuencias Raman.
La diferencia en los mecanismos de excitación molecular provoca la existencia de distintas reglas de selección, por lo que la espectroscopia Raman no sustituye a la Infrarroja o viceversa. Por lo contrario, ambas espectroscopias son complementarias. Así, tanto en la espectroscopia Raman cómo en la Infrarroja se puede esperar que se observen en los espectros los 3n-6 (o 3n-5) modos normales de vibración, o bien un número menor de acuerdo las reglas de selección impuestas por la simetría molecular.
En efecto, en moléculas centrosimétricas opera la llamada “regla de exclusión mutua” y, por lo tanto, no se observarán cadrancias en los espectros Raman e Infrarrojos. No obste, en estructuras no-centrosemétricas se observa un número variable de cadrancias y, por lo tanto, en el estudio de la estructura molecular del compuesto, se necesitará obtener los espectros Raman e Infrarrojo.
Con todo, la espectroscopia Raman puede presentar algunas ventajas sobre la Infrarroja. Así, por ejemplo:
- El espectro Raman completo, esto es, entre 4000-10 cm-1 se puede obtener en un único experimento.
- El agua posee un espectro Raman muy débil, lo que facilita el análisis de muestras biológicas y de aquellas en las que sea el disolvente, mientras que en el Infrarrojo requeriría el uso de celdas especiales debido a la gran absorción de agua en la región infrarroja.
- En los análisis cuantitativos, la espectroscopia Raman tiene la ventaja de que la intensidad de una banda es directamente proporcional a la concentración, en la espectroscopia Infrarroja la relación entre la intensidad de una banda y la concentración es de tipo logarítmico.
- La espectroscopia Raman no requiere una preparación especial de la muestra que, tras su análisis, es perfectamente recuperable, al contrario de la espectroscopia Infrarroja que sí implica, en algunos casos, una preparación de la muestra para el análisis que la hace difícilmente recuperable.
- Los espectros Raman son mucho más sencillos que los Infrarrojos, ya que en la mayoría de los casos no se observan las bandas de combinación y sobretonos tan característicos en el infrarrojo.
- El uso de láseres de calco como fuentes de excitación permite obtener el espectro Raman en pocos milisegundos. Esta es una técnica muy importante en el estudio de reacciones químicas rápidas o especies de vida corta.
No obstante, ambas espectroscopias se aplican como técnica analítica cuantitativa y cualitativa en la obtención de datos sobre grupos funcionales y otras características estructurales. Desde el punto de vista cualitativo determinan la presencia o ausencia de determinados grupos funcionales de acuerdo con la aparición o desaparición de bandas características de esos grupos.
Unidad de IR-Raman
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