Universitat Jaume I - UJI - Castello

Servei Central d'Instrumentació Científica

Serveis

Secció d'Espectroscòpia Molecular

Tècniques

Dicroisme circular

Quan la llum linealment polaritzada passa a través d'una substància òpticament activa, els seus dos components circularment polaritzats, feixos de llum polaritzats a dreta i esquerra, viatgen a diferents velocitats i són absorbits en diversos graus per la substància. Així doncs, la llum que passa a través de la substància està el·lípticament polaritzada i es diu que la substància té dicroisme circular. Aquesta magnitud se sol expressar en unitats d'el·lipticitat molecular (q).

Ambdós components estan en fase i són de la mateixa amplitud. En passar per un medi òpticament actiu, cada component interactua de manera diferent amb els centres quirals de les molècules presents. Aquesta interacció indueix un desfasament i un canvi de magnitud diferencials en ambdós components circularment polaritzats de la llum i aquests fenòmens provoquen una rotació del pla de polarització en un angle α i la distorsió d'aquest pla genera una el·lipse.

La rotació del pla i la diferent absorció dels components circularment polaritzats (dicroisme circular) varien d'acord amb la longitud d'ona i se'n poden obtenir espectres d'aquests fenòmens, és a dir, gràfiques de la rotació o el·lipticitat davant de la longitud d'ona. Els espectres de dicroisme circular s'obtenen generalment en les regions de l'ultraviolada proper (250 a 350 nm) i llunyà (180 a 250 nm) de la radiació electromagnètica.

Espectroscòpia Raman

L'espectroscòpia Raman es basa en un procés bifotònic en què la radiació incident o excitatriu és dispersada per la mostra que és pertorbada i produeix transicions de tipus vibracional i rotacional.

En general, l'espectre Raman s'interpreta com un espectre vibracional que ofereix informació molt similar a l'espectre d'infraroig, encara que les vibracions que es veuen reflectides en l'espectre Raman no són sempre les mateixes que en aquest, ja que les regles de selecció d'aquesta espectroscòpia són distintes. Perquè un mode vibracional siga actiu en espectroscòpia Raman cal que es produïsquen canvis en la polaritzabilitat de l'enllaç o la molècula considerada, cosa que comporta la producció de moments dipolars induïts.

Pot ser aplicada a tot tipus de mostres i és complementària de l'infraroig, ja que vibracions inactives en una d'elles, poden ser actives a l'altre.

Espectroscòpia infraroja

Quan la radiació infraroja incideix sobre una mostra és capaç de provocar canvis en els estats vibracionals de les molècules que la constitueixen. L'absorció de radiació per part d'una mostra és indicativa del tipus d'enllaços i grups funcionals presents en aquesta.

La vibració d'un enllaç pot ser interpretada des del punt de vista clàssic com la vibració d'un oscil·lador harmònic.

Des del punt de vista instrumental i de les seues aplicacions és convenient dividir la regió infraroja en tres regions anomenades: infraroig proper (NIR), infraroig mig (MIR) i infraroig llunyà (FIR). La gran majoria de les aplicacions analítiques clàssiques de la espectroscòpia infraroja es basen en l'ocupació de l'infraroig mitjà (4000-600 cm^-1) i l'infraroig proper que proporciona la possibilitat de convertir aquesta tècnica en una tècnica quantitativa. La tècnica de transformada de Fourier, que permet mitjançant una operació matemàtica convertir un espectre el domini del temps a un espectre en el domini de freqüència, representa una revolució en la espectroscòpia en general i particularment en aquest tipus d’espectroscòpia i permet l'obtenció d'espectres de forma ràpida, precisa i amb relacions senyal/soroll (S/N) elevades.

La informació que dóna un espectre d'infraroig és característica de cada substància, per tant permet caracteritzar molècules amb un cert grau d'especificitat. La tècnica és molt usada per a l'anàlisi qualitativa, però per causa de la seva relativa baixa sensibilitat, ha estat poc usada per anàlisis quantitatives.

Fluorimetria

La fluorimetria és una tècnica que permet la mesura d’emissió de radiació produïda quan un determinat compost químic ha esta prèviament excitat amb R.E.M. de longitud d’ona adequada. El fenomen es dóna fonamentalment amb molècules que contenen anells aromàtics condensats, encara que el pot presentar qualsevol molècula que continga un sistema π-π* amb rigidesa estructural. L’excitació, l’absorció d’energia electromagnètica, comporta la promoció d’un electró des del nivell electrònic fonamental, π, a un nivell electrònic excitat, π*. Un cop relaxat qualsevol mode de vibració de l’estat excitat, la rigidesa estructural fa que el mecanisme de desexcitació (tornada a l’estat fonamental) més afavorit (provable) siga l’emissió d’un segon fotó de longitud d’ona generalment major. Les possibilitats d’obtenir espectres d’excitació i d’emissió i de fer mesures de temps de vida de fluorescència fan que aquesta siga una tècnica selectiva, sensible i que proporcione informació molt útil en l’elucidació d’estructures moleculars.

Prestacions

Dicroisme circular

La informació que s’obté d’un espectre de dicroisme circular és la disposició relativa de cromòfors en l’espai tridimensional, la qual cosa proporciona una important informació estereoquímica. Per tant, les aplicacions immediates d’aquesta tècnica son:

Determinació de la configuració absoluta de molècules quirals, tant orgàniques como inorgàniques, sempre que segueixen un patró empíric conegut o es puguen comparar amb estructures obtingudes per modelització molecular.
Estudi d’estructures terciàries de biomolècules com polipèptids, proteïnes i àcids nucleïcs
Estudis de canvis conformacionals en dissolució.
Estudis de transicions conformacionals produïdes per la temperatura (temperatures de fusió o desnaturalització).

Espectroscòpia Raman

Aplicacions en gemologia (caracterització de pedres precioses).
Semiconductors (cristal·linitat, homogeneïtat i propietats electròniques).
Estudis en viu de teixits biològics.
Aplicacions farmacèutiques.
Estudis d'interaccions ió-ió en electròlits aquosos i no aquosos.
Estudis de fibres i pel·lícules orgàniques.
Aplicacions en catàlisis.
Estudi de materials carbonosos (fibres, carbonitzats, brees, grafit, diamant, etc.).
Caracterització de pigments en arqueologia.

Espectroscòpia infraroja

La espectroscòpia infraroja és una de les tècniques espectroscòpiques més versàtils i de major aplicació. Les possibles aplicacions d'aquesta tècnica són, per tant, innombrables. No obstant això, a continuació se citen algunes de les aplicacions més importants:

Caracterització i identificació de materials:
- Polímers i plàstics
- Sòlids inorgànics (minerals, catalitzadors, materials compostos, etc.)
Anàlisi de productes farmacèutics i de síntesis.
Anàlisi de contaminants
Ciència forense (identificació)
Biomedicina (anàlisi de teixits)
Conservació artística (anàlisi de pigments, materials utilitzats, etc.)
Indústria del reciclatge (identificació de materials polimèrics)
Agricultura i alimentació (ANAR proper)
Seguiment de processos químics
- Polimeritzacions, guarit, reticulacions, etc.
- Reaccions catalítiques

Fluorimetria

La fluorimetria és una tècnica que presenta nombroses aplicacions analítiques en camps com ara l’anàlisi orgànic, anàlisi bioquímic, química clínica, així com en la investigació biomèdica. La fluorimetria es també una poderosa ferramenta d’investigació en l’estudio de macromolècules biològiques, amb un nombre elevat d’aplicacions en investigacions sobre polímers sintètics (estudis de distribució d’espècies en sistemes polimèrics, de mobilitat conformacional de cadenes flexibles, de reaccions intermoleculars de reactius macromoleculars controlats per difusió, de comptabilitat polimèrica, etc.)

Instrumentació

La instrumentació de la secció està ubicada a l’Edifici d’Investigació del Campus del Riu Sec de la Universitat Jaume I.

Dicroisme circular

Espectropolarímetre Jasco model J-810 equipat amb un sistema de control de temperatura Peltier. Aquest equip permet mesurar la desviació de la radiació electromagnètica circularment polaritzada en el interval de longitud d’ona visible-ultraviolada (típicament de 200 a 600 nm). L’adquisició d’espectres de dicroisme circular pot anar acompanyada de l’adquisició paral·lela de l’espectre d’absorció visible-ultraviolat.

Espectroscòpia Raman

Espectròmetre Raman dispersiu, model NRS-3100 (Jasco) dotat d’un microscopi confocal i un detector CCD refrigerat per aire (-65ºC). Permet la mesura de les transicions Raman en el interval de 50 a 8000 cm^-1, amb una resolució de 1 cm^-1. Es poden utilitzar tres objectius ×5, ×20 i ×100. Es pot realitzar un mapping de les transicions Raman, amb moviment en les tres direccions de l’espai.

Espectroscòpia infraroja

Espectròmetre d’infraroig per transformada de Fourier de la marca Jasco, model FT/IR-6200. Permet la mesura de les transicions vibracionals moleculars que es troben en el interval de longituds d’ona de 15000 cm^-1 fins a 50 cm^-1. Presenta una resolució màxima de 0.25 cm^-1 i una relació S/N de 45000:1.

L’equip està acoblat a un microscopi FT-IR de la marca Jasco, model IRT-3000. Aquest microscopi permet la observació tant per reflexió com per transmissió. En la zona observada, permet la mesura de transicions vibracionals en el interval de 5000 fins a 600 cm-1. Es poden utilitzar dos objectius, ×16 i ×32. Permet realitzar un mapping de les transicions de IR, amb moviment en les tres direccions de l’espai.

Fluorimetria

Espectrofluorímetre amb resolució temporal o single photon counting (SPC, recompte de fotons únics) JOBIN YVON HORIBA, model IBH-5000-U, equipat amb font de llum polsada de nanosegons (làmpada d’hidrogen), monocromadors d’excitació i detector amb sensibilitat en un ampli interval de longituds d’ona. La tècnica SPC permet la mesura de temps de vida d’estats excitats d’emissió en sistemes moleculars i macromoleculars.

Espectrofluorímetre en estat estacionari Spex, model Fluorolog 3-11, equipat amb font de llum policromàtica consistent en una làmpada de xènon de 450 W de potencia, monocromadors d’excitació i emissió, portamostres termostatitzat mitjançant recirculació i mostrejador automàtic per a valoracions automàtiques. L’equip permet registrar espectres d’excitació i emissió, així com determinar rendiments quàntics de fluorescència.