ESPECTROSCOPIA RAMAN-GRUPO N°08-ANALISIS QUIMICO INSTRUMENTAL-IIIC-IS2018

i.
DEDICATORIA
Dedicamos este trabajo a nuestros
padres quienes están en constante
motivación, apoyo y aliento para
cumplir nuestros objetivos y al docente
del curso por sus valiosas enseñanzas
en nuestra formación académica como
futuras ingenieras
ii.
INDICE
Carátula…………………………………i.
Dedicatoria……………………………..ii.
Índice…………………………………...iii.
Introducción…………………………....iv.
CAPITULO I
1.1 BREVE DESCRIPCIÓN DEL
EFECTO RAMAN
1.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE
LA TÉCNICA.
1.2.1 Intensidad de los picos raman
normales
1.2.2 Relación de despolarización
raman.
1.3 ESPECTROSCOPIA RAMAN
1.4 OTROS TIPOS DE
ESPECTROSCOPIA RAMAN
1.5 APLICACIONES DE LA
ESPECTROSCOPIA RAMAN
1.6 APLICACIÓN DE LA TÉCNICA AL
ANÁLISIS DE PIGMENTOS
1.7 INTENSIDAD DE LAS LINEAS
STOKES-ANTISTOKES
CAPITULO II
2.1 INSTRUMENTACIÓN
2.2 FUENTES DE EXCITACIÓN
2.3 EXAMINACIÓN DE MUESTRAS
2.3.1.Muestras líquidas
2.3.2.Muestras muy viscosas
2.3.3.Muestras sólidas
2.4 INFORMACION CUALITATIVA DE
LOS ESPECTROS IR.
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
iii.
INTRODUCCION
La espectroscopía se originó como el
estudio de la interacción entre radiación
y materia en función de la longitud de
onda. Actualmente la espectroscopía
comprende el uso de los efectos de
absorción, emisión o dispersión de
radiación electromagnética por la
material con el objetivo de estudiar
cualitativa o cuantitativamente la
materia.
La espectroscopía Raman es una
técnica espectroscópica empleada para
el análisis cuantitativo de prácticamente
cualquier material, ya sea orgánico o
inorgánico. Sus principales ventajas
radican en que no es necesaria ninguna
preparación de la muestra a estudiar y
que se trata de un proceso no
destructivo.
El fundamento físico de la técnica está
basado en el efecto Raman, físico indio
que descubrió el efecto que lleva su
nombre, consistente en la dispersión
inelástica de una fracción de la luz
incidente en la muestra, la cual sufre
entonces un cambio de frecuencia
debido al intercambio de energía con la
materia en dicha colisión, según la
ecuación de energía de los fotones
∆E = h∆ν
Donde, h es la constante de Planck y
ν la frecuencia de la luz incidente.
iv.
CAPITULO I
ESPECTROSCOPIA RAMAN
1.1 BREVE DESCRIPCIÓN DEL
EFECTO RAMAN
Aunque la dispersión inelástica de la luz
la predijo Smekal en 1923, no fue hasta
1928 cuando se observó en la práctica.
El efecto Raman fue nombrado
después de que uno de sus
descubridores, el científico indio Sir CV
Raman, observara el efecto por medio
de la luz del sol (en 1928, junto con KS
Krishnan e independientemente de
Grigory Landsberg y Leonid
Mandelstam). Raman ganó el Premio
Nobel de Física en 1930 por este
descubrimiento, realizado utilizando la
luz del sol, un filtro fotográfico de banda
estrecha para crear luz monocromática
y un filtro "cruzado" para bloquear esta
luz monocromática.
Posteriormente, el arco de mercurio se
convirtió en la principal fuente de luz,
primero con detección fotográfica y, a
continuación, con detección
espectrofotométrica. En la actualidad,
se utilizan láseres como fuentes de luz.
1.2 FUNDAMENTO TEÓRICO DE LA
TÉCNICA .
 Tres tipos de radiación emitida.
Dispersión Stokes, anti-Stokes y
Rayleigh
 La dispersión Rayleigh es
significativamente más intensa
 Modelos de desplazamiento
idénticos a ambos lados
 Líneas Stokes más intensas que
anti-Stokes.
 Se usa la parte Stokes del
espectro
Dispersión Raman
Dispersión Rayleing
Dispersión inelástica.
Dispersión elástica.
Dispersión en la que los
fotones dispersados
tienen mayores o
menores energías.
No hay cambio de
energía, fotones
incidentes poseen la
misma frecuencia por
fotones reflejados.
Depende de la
estructura química del
material de dispersión.
No depende de la
estructura química.
1.2.1 INTENSIDAD DE LOS PICOS
RAMAN NORMALES
La intensidad de los picos Raman
depende de lo siguiente:
 Polarizabilidad de la molécula
 Intensidad de la fuente
 Concentración del grupo activo
1.2.2 RELACION DE
DESPOLARIZACION RAMAN
Las medidas Raman proporcionan,
además de la información relacionada
con la frecuencia y la intensidad, una
variable adicional que a veces es útil en
la determinación de estructuras
moleculares, y que se denomina
relación de despolarización.
1.3ESPECTROSCOPIA RAMAN
El análisis mediante espectroscopia
Raman se basa en hacer incidir un haz
de luz monocromática de frecuencia v0
sobre una muestra cuyas
características moleculares se desean
determinar, y examinar la luz
dispersada por dicha muestra.
La mayor parte de la luz dispersada
presenta la misma frecuencia que la luz
incidente pero una fracción muy
pequeña presenta un cambio
frecuencial, resultado de la interacción
de la luz con la materia. La luz que
mantiene la misma frecuencia v0 que la
luz incidente se conoce como
dispersión Rayleigh y no aporta
ninguna información sobre la
composición de la muestra analizada.
La luz dispersada que presenta
frecuencias distintas a la de la radiación
incidente, es la que proporciona
información sobre la composición
molecular de la muestra y es la que se
conoce como dispersión Raman. Las
nuevas frecuencias, + r y - r, son las
frecuencias Raman, características
de la naturaleza química y el estado
físico de la muestra e independientes
de la radiación incidente.
1.4 OTROS TIPOS DE
ESPECTROSCOPIA RAMAN
En este caso veremos tres tipos de
espectroscopia de Raman, lo
mostramos en la siguiente:
Espectroscopia Raman
de Resonancia
Espectroscopia Raman de Superficie
aumentada
Espectroscopia Raman no lineal
1.5 APLICACIONES DE LA
ESPECTROSCOPIA RAMAN
Espectros Raman de especies
inorgánicas
 Se pueden utilizar soluciones
acuosas por lo que es una ventaja
sobre IR.
 Las regiones de 100-700 cm-I se
pueden observar las energías de
vibración M-L, estas regiones son de
difícil estudio en IR.
 Determinación de posibles
estructuras.
 Permite calcular constantes de
disociación de ácidos fuertes como:
ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido
clohidirco(H5Lo6).
Espectros Raman de especies
Orgánicos
 Son similares a los espectros IR
zona de la huella dactilar.
 Proporciona más información que los
espectros IR, por ejemplo, en las
olefinas (vibración de tensión) no se
observan o son muy débiles en el IR
mientras el Raman se presentan
intensas señales a 1600cm-I.
 Permiten estudiar mejor el tamaño
de parafinas cíclicas, en el IR no se
observan estas bandas.
Aplicaciones bilógicas de la
espectroscopia Raman
 Se requiere tamaños
pequeños de
muestra.
 El agua genera
mínima
interferencias.
 Dilucidación de lípidos.
 Dilucidación de grado polimérico.
Aplicaciones cuantitativas
 Se pueden determinar mezclas
debido a su alta separación de
bandas.
 La humedad del ambiente no
interfiere.
 Se puede cuantificar muestras
muy pequeñas
1.6 APLICACIÓN DE RAMAN AL
ANÁLISIS DE PIGMENTOS
 ¿Para qué
analizar
Pigmentos?
Para datar y
catalogar materiales
pictóricos.
 ¿Por qué Raman? Porque es una
técnica no destructiva, porque no
presenta ambigüedad en los
resultados.
1.7 INTENSIDAD DE LAS LINEAS
STOKES-ANTISTOKES
CAPITULO II
ESPECTROSCOPIA RAMAN
2.1INSTRUMENTACIÓN
El equipo de caracterización de
espectroscopía Raman normalmente
consta de cuatro componentes
principales:
 Fuentes de excitación
 Examinación de muestras
En la FIGURA muestra un esquema
del funcionamiento del equipo. La idea
es la siguiente:
El equipo dispone de, idealmente, tres
fuentes de excitación monocromáticas
intercambiables, de distinta longitud de
onda, de manera que sea posible
obtener distintos espectros
dependiendo de la longitud de onda
incidente, con el n de quedarnos con
aquel espectro que tenga una
intensidad mayor. La radiación se guía
mediante bra óptica de excitación y se
focaliza en la zona de la muestra que
se desea analizar. Seguidamente se
recoge la luz dispersada señal Raman y
se guía de nuevo mediante bra óptica
hasta el detector multicanal, el cual
emplea un espectrógrafo con el objetivo
de separar las distintas longitudes de
onda y que sean detectadas
simultáneamente mediante el detector
CCD.
Figura 1. Esquema de funcionamiento
de un equipo Raman.
2.2 FUENTES DE EXCITACIÓN
Como hemos comentado
anteriormente, los equipos Raman
utilizan láseres como fuentes de
excitación, debido a su elevada
intensidad para la producción de
dispersión Raman (recordemos que la
intensidad de la dispersión Raman es
muy débil, por lo que necesitamos
intensidades mayores que el ruido del
equipo) y a su alto grado de coherencia
de fase, lo que hace que sean
extremadamente monocromáticas. Las
fuentes más comunes disponibles en
los equipos Raman son los siguientes,
aunque actualmente se están
reemplazando por láser de diodos:
 Láser de He-Ne, cuya longitud de
onda es λ=632.8 nm.
 Láser de Ar, cuya longitud de
onda es λ=514.4 nm.
 Láser semiconductor IR, cuya
longitud de onda es λ=785 nm.
Para seleccionar adecuadamente la
fuente de excitación es necesario tener
en cuenta el detector disponible, y la
posible uorescencia y/o foto
descomposición de la muestra.
2.3 EXAMINACIÓN DE MUESTRAS
Algunas de las ventajas que ofrece este
método de caracterización es que
permite examinar muestras muy
pequeñas, no es necesario realizar un
tratamiento especificó a las muestras y
además la manipulación de las
muestras es más sencilla que en IR.
2.3.1.Muestras líquidas
Las muestras acuosas pueden
estudiarse por espectroscopía Raman
debido a que el agua presenta una
dispersión muy débil (esto es una
ventaja frente a otro tipo de
espectroscopía como puede ser IR,
donde el agua es un fuerte absorbente
de radiación IR). En estos casos, la
muestra se coloca en un tubo de NMR
o en un capilar tal y como indica la
Figura.
Figura 2. Esquema de colocación de
muestras acuosas
2.3.2.Muestras muy viscosas
Si la muestra es un uido muy viscoso
que no puede uir por el capilar, ésta se
sitúa dentro de una cubeta colocado en
un soporte, tal como indica la Figura5
Figura 3. Esquema de colocación de
muestras muy viscosas
2.3.3.Muestras sólidas
Las muestras sólidas pueden
examinarse bien convirtiendo la
muestra en polvo no y situándola sobre
un pequeño contenedor, o bien
situando la muestra directamente sobre
un soporte Figura.
Figura 4. Esquema de colocación de
muestras sólidas
2.4 INFORMACION CUALITATIVA DE
LOS ESPECTROS IR
La espectrometría del infrarrojo es
sumamente útil para determinaciones
cualitativas de compuestos orgánicos
y para deducir estructuras moleculares
a partir de sus grupos funcionales
tanto de compuestos orgánicos como
inorgánicos.
En el análisis cualitativo la
espectroscopia de infrarrojo puede
usarse para la identificación de
sustancias puras o para la absorción,
localización e identificación de
impurezas.
Para localizar una impureza en una
sustancia se hace una comparación en
el espectro de las sustancia que se
estudia y una muestra de la sustancia
pura. Las impurezas causan bandas de
absorción adicionales que aparecen en
el espectro.
En el IR también están encontrando
uso cada vez mayor en el análisis
cuantitativo, el principal campo de
aplicación de este tipo de análisis se
halla en la cuantificación de
contaminantes atmosféricos que
provienen de procesos industriales.
CONCLUSIONES
Del presente trabajo se puede concluir
lo siguiente:
La espectroscopia de Raman
mide la dispersión inelástica de la
luz
La Espectroscopia de Raman es
una técnica no destructiva
La previa preparación de las
muestras en este tipo de
espectroscopia es casi nula o
imperceptible
BIBLIOGRAFIA
La fuente de información para la
elaboración del presente trabajo de
investigación se obtuvo de las siguientes
páginas web:
https://es.wikipedia.org/wiki/Ensay
o_no_destructivo
https://www.tdx.cat/bitstream/han
dle/10803/6887/03Rpp03de11.pdf
https://www.slideserve.com/dayto
n/espectroscopia-raman