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 C≡C, 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.

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.