Espectroscopía Vibracional

Técnicas

Stacks Image 30368
La gran variedad de espectrómetros y Microscopios Raman, líneas excitatrices y accesorios, junto con los espectrómetros IR y de absorción electrónica UV-Vis-NIR de los que dispone la unidad de Espectroscopía Vibracional, posibilitan el estudio de materiales, orgánicos e inorgánicos, en diferentes estados de agregación (bulk, polvo, disolución, film) y bajo la influencia de distintos estímulos (temperatura, estado redox, etc.).

La espectroscopía vibracional engloba a la espectroscopía de absorción infrarroja, y a la espectroscopía de dispersión Raman. Ambas espectroscopías permiten extraer información acerca de la naturaleza química de un determinado material o de los distintos componentes del material mismo, de manera no-destructiva, rápida y sin preparación previa de la muestra.

Espectroscopía Raman

La espectroscopía Raman permite analizar la composición química de muestras de distinta naturaleza (compuestos orgánicos e inorgánicos, minerales, pigmentos pictóricos, etc.) así como la caracterización de las mismas. Para ello se emplea como fuente excitatriz una radiación láser monocromática que se hace incidir sobre la muestra. Esta interacción luz-materia está en el origen de las bandas Raman las cuales son características de una determinada sustancia. La especificidad del patrón Raman dota a la técnica de una gran potencialidad para la identificación de sustancias en mezclas de materiales. Además, una de las grandes ventajas de esta técnica es que proporciona información molecular de los materiales a caracterizar y que puede ser considerada como una técnica de análisis no destructiva.

El estudio de materiales de naturaleza orgánica y/o inorgánica mediante espectroscopía Raman se fundamenta en el análisis espectral de la luz dispersada por dicho material al hacer incidir sobre él un haz de luz monocromático, es decir, una radiación láser. La dispersión inelástica Raman nos proporciona información precisa acerca de las vibraciones moleculares que experimentan los iones y átomos enlazados químicamente para formar moléculas y redes cristalinas (vibraciones moleculares que se producen además a frecuencias características para cada compuesto químico), permitiendo obtener así información química y estructural sobre el material objeto de estudio.
La espectroscopía Raman es especialmente útil para la caracterización de anillos y enlaces apolares o poco polares como por ejemplo CC, C=C, N=N, C-C, O-O, S-S, vibraciones que, sin embargo, son mucho menos intensas en el espectro IR.

Se trata de una espectroscopía aplicable a cualquier estado de agregación. En disoluciones acuosas presenta ventajas sobre la espectroscopía IR ya que solamente están implicadas las longitudes de onda de la región visible o del infrarrojo cercano (NIR) del espectro, con lo que únicamente se precisan células y elementos ópticos de vidrio convencional. Además, el agua produce señales Raman muy débiles con lo cual, al contrario que en experimentos de IR, no interfiere prácticamente en el espectro. Otras ventajas destacables son que la cantidad de muestra necesaria es mínima y que no produce alteraciones significativas en ella, además de que permite utilizar un amplio rango de concentraciones

Espectroscopía IR

Cuando se analiza una muestra mediante espectroscopía IR, se producirá absorción de la radiación si la vibración activada modifica el momento dipolar de la molécula. Es decir, para que una banda en cuestión se observe, es necesario que varíe el momento dipolar permanente con respecto al correspondiente modo normal de vibración. De esta forma se pueden identificar grupos funcionales por su frecuencia de aparición. Este hecho unido a la sencillez y robustez experimentales de la técnica, hacen de la espectroscopía IR un método sencillo, rápido y fiable para identificar la naturaleza química de una sustancia.

Espectroscopía Electrónica de Absorción

La espectroscopía electrónica UV-Vis-NIR es una técnica de excitación en la que se mide, por absorción, las frecuencias que producen saltos electrónicos entre niveles de energía cuantizados de un sistema material. Para ello, se barre el espectro electromagnético en la zona UV-Vis-NIR midiéndose las absorciones de energía cuando se alcanza la condición de resonancia E = hv.

Esta técnica no se puede considerar como una espectroscopía vibracional, sin embargo, su uso en paralelo con las técnicas de espectroscopía Raman, especialmente cuando se cuenta con varias líneas de excitación, es imprescindible a la hora de evaluar las condiciones de resonancia para seleccionar la longitud de onda excitatriz más adecuada.

Espectroscopía de Dicroísmo Circular Electrónico (ECD)

La espectroscopía electrónica de dicroísmo circular (ECD) mide la diferencia en absorción que se produce entre las dos componentes circularmente polarizadas de la radiación electromagnética UV-Vis, sentido horario y antihorario, tras atravesar éstas una muestra de naturaleza quiral.

Espectroscopía de Dicroísmo Circular Vibracional (VCD)

Cuando la luz infrarroja circularmente polarizada atraviesa una muestra ópticamente activa, se produce el mismo fenómeno dicroico que ocurre con la luz UV-Vis en el ECD, denominado en este caso dicroísmo circular vibracional (VCD). Formalmente el VCD se define como la diferencia en absorción de la luz polarizada circularmente a la izquierda menos la luz circularmente polarizada a la derecha, para una molécula que experimenta una transición vibracional.

Espectroscopía de Actividad Óptica Raman (ROA)

La actividad óptica Raman (ROA) es la espectroscopía quiro-óptica que se basa en el efecto Raman. Su definición es análoga a la del VCD, pero debido a la presencia de dos radiaciones de diferente origen, incidente y dispersada, hay más posibilidades de modular la polarización y por tanto más formas de definir el fenómeno ROA.
La espectroscopía ROA presenta una ventaja significativa con respecto al VCD y es su aplicabilidad en el mundo biológico, cualidad que tiene que ver con la intrínseca debilidad de la señal Raman de la molécula de agua. Esto permite, en principio, determinar propiedades conformacionales de biomoléculas quiralmente activas en medios acuosos, donde los estudios con VCD se ven muy limitados por la fuerte absorción infrarroja del agua.

Aplicaciones

Stacks Image 30390
A continuación se detallan los potenciales campos y aplicaciones en los que las técnicas y los servicios ofertados tienen aplicación.


Arte y patrimonio


  • Análisis no destructivo de pigmentos y colorantes en porcelanas, pinturas, restos arqueológicos, etc.
  • Análisis de tintas en manuscritos y libros antiguos
  • Estudio del estado de conservación de obras de arte sometidas a condiciones atmosféricas.
  • Análisis en profundidad en muestras pictóricas con diferentes estratos.
  • Caracterización de depósitos de corrosión en piezas arqueológicas.


Biología y ciencias de la vida


  • Obtención de información química, de manera no destructiva, de tejidos biológicos sin necesidad de contrastes ni estándares.
  • Identificación celular (células cancerígenas y no cancerígenas, células madre, etc.) sin necesidad de marcadores, basada únicamente en el inherente perfil químico de cada célula.
  • Rápida detección e identificación de microorganismos.
  • Monitorización de ácidos nucleicos en procesos biológicos.
  • Caracterización de biomoléculas.
  • Estudio de estructuras óseas.
  • Estudio de la estructura secundaria o conformación de proteínas.
  • Estudio de la estructura secundaria de proteínas y péptidos.
  • Estudio de la estructura y comportamiento de biomoléculas en disolución acuosa (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, virus, etc.).


Materiales avanzados y nanomateriales derivados de carbono


  • Análisis de propiedades electrónicas y estructurales de nanotubos de carbono (CNTs).
  • Estudio de la estructura sp2 y sp3 en materiales carbonosos.
  • Determinación de propiedades de recubrimientos tipo diamante.
  • Control de la calidad de diamantes y su procedencia.


Polímeros


  • Caracterización de la estructura molecular y microestructura.
  • Análisis de la polidispersidad.
  • Determinación de la proporción de distintos componentes en mezclas poliméricas (estudio de copolímeros).
  • Estudio de la estructura en cauchos sintéticos.


Procesos industriales


  • Análisis de las distintas fases de un catalizador.
  • Estudio de procesos catalíticos.
  • Determinación de subproductos catalíticos y depósitos de corrosión.
  • Estudio de desactivación o contaminación de catalizadores

Industria alimentaria


  • Caracterización de ácidos grasos de origen animal y vegetal.
  • Identificación de azúcares con estructuras químicas similares.
  • Análisis de aditivos y colorantes alimenticios.
  • Detección de posibles fraudes en aceite de oliva virgen.
  • Mapping Raman de carotenoides en productos hortofrutícolas, salmón, crustáceos, etc.


Estudios forenses


  • Identificación de narcóticos.
  • Detección de falsificaciones.
  • Diferenciación entre tintas de bolígrafo y de impresora.
  • Identificación de explosivos.


Geología, gemología y mineralogía


  • Caracterización de materiales de origen geológico: gemas, minerales, etc.
  • Análisis de inclusiones en gemas.
  • Control de calidad en diamantes y otras piedras preciosas.
  • Estudio de transiciones de fase.
  • Distribución de minerales y fases en rocas.


Industria farmacéutica y cosmética


  • Identificación y estudio de la distribución de principios activos en pastillas.
  • Análisis de polimorfos.
  • Discriminación de distintos aceites esenciales usados en cosmética.
  • Medida de carotenoides humanos.


Química orgánica


  • Análisis conformacional y configuracional de compuestos orgánicos.
  • Determinación de pureza en enantiómeros.
  • Determinación de configuraciones absolutas.
  • Estudio de la configuración absoluta de moléculas orgánicas en disolución.
  • Medida directa del exceso enantiomérico sin necesidad de separación enantiomérica.
  • Stacks Image 32464
  • Stacks Image 32467
  • Stacks Image 32470

Equipamiento

Los equipos disponibles en la Unidad son los siguientes:
  • Stacks Image 32023

    FT-IR Vertex 70

    Stacks Image 32028
    El módulo principal consta de un interferómetro de Michelson, acoplado a una fuente y un sistema DTGS de detección de radiación infrarroja, y un láser de He-Ne como referencia interna. Permite el registro de espectros FT-IR en el rango de infrarrojo medio y cercano (7500-400 cm-1) para cualquier tipo de muestras sólidas, líquidas y gaseosas, con tiempos de registro muy reducidos.
    Puede trabajar en dos modalidades distintas:
    • Transmisión.
    • Reflectancia Total Atenuada (ATR).
    Para el registro de espectros ATR se utiliza un accesorio Golden Gate Single Reflection Diamond ATR System de Specac. En esta configuración se pueden registrar espectros ATR a temperatura variable ya que se dispone también de dos accesorios Golden GateTM , con los cuales se pueden realizar medidas en reflectancia total atenuada tanto a altas temperaturas, alcanzado los +250ºC, como a bajas, hasta -170ºC.
    Software: OPUS 6.5
    Close
  • ramI

    FT-Raman Ram II

    Stacks Image 32040
    Utiliza como radiación excitatriz un láser de Nd-YAG que proporciona una línea de 1064 nm (infrarrojo cercano). Permite la utilización de un detector de Ge de alta sensibilidad con tiempo de espera de 5 días para el refrigerante e incorpora la nueva electrónica de 24 bits, que proporciona una extraordinaria sensibilidad y una estabilidad duradera. Dispone de una amplia y fácilmente accesible cámara de muestras, con sistema de posicionamiento remoto (SPR).
    Software: OPUS 6.5
    Close
  • senterrra

    Micro-Raman Senterra

    Stacks Image 32052
    Combina un espectrómetro Raman dispersivo y un microscopio óptico en un sólo dispositivo. Consta de una lámpara de Neón para el Raman y el calibrado del láser, de tres líneas de láser de Nd:YAG a distintas longitudes de onda : 532, 633 y 785 nm y de un detector CCD (Charge Couple Device) (1024 x 256 píxeles) enfriado termoeléctricamente. Este espectrómetro dispone también de dos sondas adecuadas para el análisis de líquidos y sólidos; cada sonda está diseñada para una longitud de onda de láser único, estando disponibles las correspondientes a la longitud de onda de excitación de 532 y 785 nm.
    Software: OPUS 6.5
    Close
  • Stacks Image 32220

    NRS-5100

    Stacks Image 32225
    Combina un espectrómetro Raman dispersivo y un microscopio confocal en un sólo dispositivo. Consta de un sistema de alineamiento automático, tres redes de difracción (2400, 1800 y 600 líneas/nm), un detector CCD refrigerado mediante sistema Peltier y la posibilidad de trabajar con 3 láseres (325, 532 y 785 nm). Dispone de un preciso sistema de posicionamiento automático de la muestra (pasos en Z e Y: 0.04 µm, pasos en Z: 0.1 µm) permitiendo así realizar medidas no sólo en superficie sino también en profundidad. Además el equipo se encuentra equipado con una sonda de fibra óptica RPM-785 capaz de analizar muestras de mayor tamaño difíciles de analizar en el interior de la cámara de muestras del espectrómetro MicroRaman.
    Software: Spectra Manager II.
    Close
  • Stacks Image 32231

    EZRaman I Analyzer (Enwave Optronics)

    Stacks Image 32236
    El análisis con este tipo de espectrómetro es muy rápido y proporciona información in situ de la muestra a estudiar. El láser que utiliza es de 785 nm y un detector CCD enfriado termoeléctricamente. En este caso el equipo dispone también de una batería recargable de varias horas de autonomía por lo que no requiere conexión a la red eléctrica.
    Software: EZRaman Reader V8.2.9
    Close
  • Stacks Image 32244

    Agilent 8453

    Stacks Image 32249
    Este espectrofotómetro permite el registro de espectros UV-Vis-NIR de muestras sólidas y líquidas. Su fuente de radiación consiste en una combinación de una lámpara de descarga de deuterio para el rango de longitudes de onda de UV y una lámpara de wolframio para el rango de longitudes de onda del visible y onda corta del infrarrojo cercano (SWNIR). El rango espectral es de 190-1100 nm. Dispone de un sistema de detección multicanal tipo diode-array, que reduce significativamente el tiempo de registro, utilidad indispensable para el estudio de cinéticas de reacción. Puede acoplarse también el módulo Specac modelo GS21525 para trabajar a temperatura variable.
    El software que controla a este espectrofotómetro es el UV-Visible ChemStation Rev.B.01.01. (21).
    Close
  • cary5000

    Espectrofotómetro UV-VIS-NIR Cary 5000 (Varian)

    Stacks Image 32262
    Espectrómetro UV-Vis-NIR de alto rendimiento. El uso de un detector de PbSmart hace posible la ampliación del rango espectral hasta la zona del NIR a 3300 nm (rango espectral total: 175-3300 nm) por lo que es una poderosa herramienta para la investigación en ciencias de los materiales. El compartimento de muestras es de gran tamaño lo que facilita el poder de acoplamiento de grandes accesorios, tales como un criostato óptico Optistat DN de Oxford Instrument para trabajar a temperatura variable. Este espectrómetro está controlado por el software Cary WinUV, un software modular basado en Windows, que hace que sea fácil el realizar análisis de gran alcance y controlar una serie de accesorios opcionales.
    Close
  • CeldaSpecac

    Celda Specac GS21525

    Stacks Image 32275
    Esta celda permite el registro de espectros, tanto FT-IR como FT-Raman, de muestras sólidas y líquidas a diferentes temperaturas. El porta-muestras es diferente, en función del tipo de muestra, siendo el funcionamiento de la celda el mismo en ambos casos. Dispone de un sistema de control automático de temperatura Graseby Specac que hace que pueda trabajar en el rango de –170ºC a +250ºC.
    Close
  • Optistat

    Optistat DN

    Stacks Image 32332
    Criostato óptico que permite registrar espectros de absorción UV-Vis-NIR de muestras líquidas a diferentes temperaturas (-196ºC a +200ºC). El módulo se completa con un sistema de control de temperatura y una bomba de vacío, la cual establece una presión baja para minimizar tanto las pérdidas de calor como posibles problemas de condensación.
    Close
  • Linkam

    Linkam FTIR600

    Stacks Image 32345
    Celda que permite el registro de espectros Micro-Raman de muestras líquidas y sólidas a diferentes temperaturas (-196ºC a +600ºC). Se encuentra acoplado en posición horizontal en el espectrómetro MicroRaman modelo Senterra de Bruker. Esta celda dispone de una bomba de refrigeración que se comunica con el controlador del sistema proporcionando un flujo preciso de nitrógeno líquido desde un dewar externo, permitiendo así, unas velocidades de enfriamiento lineal de 0,01 a 100ºC /min. El nitrógeno seco de escape se recicla a través de la bomba y se utiliza para purgar la cámara de muestra y erradicar la condensación.
    Close
  • Stacks Image 32531

    Espectrofotómetro 815 (Jasco) (ECD)

    Stacks Image 32536
    Espectrofotómetro de dicroísmo circular modelo J-815 que pertenece a la casa comercial JASCO y permite el registro de espectros en el rango UV-Vis desde 190 nm hasta 1100 nm. La fuente de radiación es una lámpara de Xenón que necesita de manera continua una purga de N2. El sistema está constituido por un doble monocromador que elimina la luz desviada del haz principal, hecho indispensable para medidas de ECD. Está equipado con un sistema eléctrico de refrigeración por el método Peltier que permite realizar medidas desde -10 a 100ºC.
    Software: Spectra Manager™II.
    Close
  • Stacks Image 32544

    Espectrómetro IR Vertex 70 (Bruker) equipado con el módulo PMA 50 (VCD)

    Stacks Image 32549
    El espectrofotómetro FT-IR Bruker Vertex 70 permite el registro de espectros de absorción infrarroja en el rango espectral desde 4000 a 800 cm-1. Se purga con gas de N2 seco y por lo general, se realizaron espectros de 54 acumulaciones para optimizar la relación señal/ruido, con una resolución de 4 cm-1. Los espectros de VCD se miden con un accesorio PMA50 de Bruker, que se acopla al Vertex 70. En el PMA50 la radiación infrarroja es enfocada gracias a una lente de BaF2 y atraviesa un filtro óptico (de intervalo 3800-600 cm-1) y un modulador fotoelástico (del inglés: photoelastic modulator, PEM. Dispositivo óptico utilizado para modular la polarización de una fuente de luz, trabaja a 50 kHz) de ZnSe. El haz de luz, una vez que atraviesa la muestra, se recoge en un detector D313/QMTC. Además el equipo consta de un amplificador lock-in (del inglés: lock-in amplifier, LIA, es un tipo de amplificador de señal) modelo SR830 para amplificar la señal.
    Previamente a la medida de la muestra se requiere una calibración del PEM. Esta calibración se realiza a una frecuencia fija y permite el registro de un espectro VCD en una región de 600 cm-1 centrada en la frecuencia elegida.
    Software: OPUS 6.5
    Close
  • Stacks Image 32557

    Espectrómetro ChiralRAMAN Biotools (ROA)

    Stacks Image 32562
    El espectrómetro de ChiralRAMAN© suministrado por BioTools, tiene una resolución de 7 cm-1 y se basa en el diseño descrito por Werner Hug. Se trata de una configuración tipo SCP (scattered circular polarization), donde se observa el grado de polarización circular de la radiación dispersada. Esta configuración solventa problemas de reproducibilidad y permite el registro simultáneo de la radiación dispersada a derecha e izquierda. La longitud de onda de la línea excitatriz que emplea es de 532.0 nm, con una potencia láser que abarca desde los 10 mW hasta los 2 W y el registro de espectros se lleva a cabo por retrodispersión.
    Software: ROA v3.
    Close
  • Stacks Image 32570

    Espectrómetro UV-Vis-NIR modelo Cary 7000 ( Agilent)

    Stacks Image 32575
    Espectrómetro UV-Vis-NIR de altas prestaciones. Proporciona una excelente resolución a lo largo del espectro UV-Vis-NIR, desde 170 a 3300 nm. Dispone de un doble monocromador de Littrow fuera de plano; doble red de difracción de 1200 lineas/mm con blaze a 250 nm y de 300 lineas/mm con blaze a 1192 nm; polarizadores automáticos; y cuatro detectores consistentes en un tubo fotomultiplicador, detector PbS y el detector multicapa de Si/InGaAs.
    Este equipo se complementa con una amplia gama de accesorios de muestreo:
    • Accesorios para realizar medidas de reflectancia difusa (DRA): Esfera Integradora y Praying mantis.
    • Accesorio de medida Universal (UMA). Permite analizar films a diferentes ángulos.
    • Kit de celdas para polvo.
    • Soporte para films.
    • Soportes de muestras sólidas.
    • Portacubetas para cubetas estándar y especializadas
    Close
  • Stacks Image 32583

    Accesorios de ATR (Reflectancia Total Atenuada)

    Stacks Image 32588
    Para el registro de espectros ATR se acopla, al espectrómetro FTIR Vertex 70, un accesorio Golden Gate Single Reflection Diamond ATR System de Specac. En esta configuración se pueden registrar espectros ATR tanto a temperatura ambiente como variable ya que se dispone también de accesorios Golden GateTM con los cuales se pueden realizar medidas en reflectancia total atenuada a altas temperaturas, alcanzado los +250ºC, y a bajas temperaturas, hasta -170ºC.
    Close
  • Personal

    ¡Bienvenido!

    Cristina Capel Ferrón

    Técnico Responsable
    Ingeniera Química y Doctora en Ciencias Químicas. Alto conocimiento y experiencia en diferentes técnicas instrumentales de análisis: espectroscopías infrarroja, Raman, UV-Vis-NIR, espectroquímica y espectroelectro-química
    TELÉFONO
    +34 952133339
    CORREO
    capel@uma.es
    DIRECCIÓN
    Bulevar Louis Pasteur 33
    Edificio SCAI
    Planta Primera B1-08
    290171-Málaga
    ¡Bienvenido!

    José Luís Zafra Paredes

    Técnico
    Ingeniero Químico y Doctor en Químicas. Experiencia en el estudio de la estructura molecular de materiales por espectroscopía vibracional Raman e IR estándar y en sus variantes termoespectroscópicas y electroquímicas.
    TELÉFONO
    +34 952133339
    CORREO
    zafra@uma.es
    DIRECCIÓN
    Bulevar Louis Pasteur 33
    Edificio SCAI
    Planta Primera B1-08
    290171-Málaga
  • Información adicional

  • Portafolio de servicios

    • EVI001 Espectro UV-VIS-NIR 200-1100 nm resolución 1 nm.
    • EVI002 Espectro UV-VIS-NIR 170-3300 nm resolución 0,01 nm.
    • EVI003 Termoespectroscopía UV-VIS-NIR / h.
    • EVI004 Espectro infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR).
    • EVI005 Preparación de pastillas de KBr FTIR.
    • EVI006 Espectro FTIR con accesorio ATR.
    • EVI007 Termoespectroscopía infrarroja FTIR / h.
    • EVI008 Espectro VCD rutina.
    • EVI009 Espectroscopía FT-Raman / h.
    • EVI010 Espectroscopía FT-Raman rutina.
    • EVI011 Termoespectroscopía FT-Raman / h.
    • EVI012 Microscopía Raman / h.
    • EVI013 Microscopía Raman rutina.
    • EVI014 Preparación de disoluciones y uso de isolventes de grado espectroscópico.
    • EVI015 Espectroscopia VCD / h.
    • EVI016 Termoespectroscopía Micro Raman / h.
    • EVI017 Espectroscopía Raman portátil / h.
    • EVI018 Desplazamiento para Espectroscopía Raman portátil / Km.
    • EVI019 Espectro CD rutina.
    • EVI020 Tratamiento de datos e informe.
    • EVI021 Espectroscopía ROA/h.
    • EVI022 Espectro UV-Vis-NIR por Reflectancia Difusa (170-3300 nm).
  • Documentos de interés