Espectroscopia de Raman para el análisis químico

Analytical Chemistry

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Overview

Fuente: Laboratorio de Dr. Ryoichi Ishihara: Delft University of Technology

Espectroscopia de Raman es una técnica de análisis vibracional y de otros modos de baja frecuencia en un sistema. En química se utiliza para identificar las moléculas por su huella de Raman. En física de estado sólido se utiliza para caracterizar los materiales y más específicamente para investigar su estructura cristalina o cristalinidad. En comparación con otras técnicas para la investigación de la estructura cristalina (microscopio electrónico de transmisión y difracción de rayos x) micro-Espectroscopía Raman es no destructivo, generalmente no requiere ninguna preparación de la muestra y puede realizarse en volúmenes de muestra pequeños.

Para la realización de Raman espectroscopia láser monocromática se brilla en una muestra. Si requiere la muestra puede ser recubierta por una capa transparente que no es Raman activo (por ejemplo, SiO2) o colocado en agua desionizada. Se recoge la radiación electromágnetica (típicamente en el infrarrojo cercano, visible, o cerca de ULTRAVIOLETA gama) emitida por la muestra, la longitud de onda del láser se filtra (por ejemplo, por un filtro de muesca o paso de banda), y la luz resultante se envía a través de un monocromador (por ejemplo, una rejilla) para un detector CCD. Con esto, la inelástica dispersos, procedentes de Raman dispersión, puede ser capturado y utilizado para construir el espectro de Raman de la muestra.

En el caso de Raman micro-espectroscopía la luz pasa a través del microscopio antes de llegar a la muestra, lo que le permite centrarse en un área tan pequeño como 1 μm2. Esto permite asignación precisa de una muestra, o la microscopia confocal para investigar las pilas de capas. Cuidado tiene que ser tomado, sin embargo, que la pequeña e intensa láser punto no dañar la muestra.

En este video explicaremos brevemente el procedimiento para la obtención de un Raman spectra, y se dará un ejemplo de un espectro de Raman de nanotubos de carbono.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la química analítica. Espectroscopia de Raman para el análisis químico. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Espectroscopía Raman depende Raman dispersión, que es la dispersión inelástica de un fotón con modos de baja frecuencia (e.g. vibracionales o rotacionales modos) en un sistema de átomos o de moléculas. Esto está en contraste con la espectroscopia IR, que depende de la absorción de luz infrarroja por modos de baja frecuencia en un sistema. Ambas técnicas proporcionan información similar, pero complementaria. Sin embargo, esto no significa que características vibracionales Raman y IR 'activa', es decir, aparecen cuando sondeado. Para las moléculas, una vibración es Raman activo cuando provoca un cambio en polarizability, mientras que para espectroscopia IR una vibración es visible cuando provoca un cambio en el momento de dipolo. Esto no significa que para espectroscopia de Raman momento de dipolo permanente. Para moléculas con un centro de simetría, ambos métodos espectroscópicos son exclusiva mutua. Enlaces polares generalmente dan una señal débil de Raman, mientras que bonos neutrales generalmente son Raman intensos que involucran un gran cambio en polarizability durante las vibraciones. Finalmente, dos draw-backs de la espectroscopia IR son que no se utilizó agua como solvente y preparación de la muestra es más compleja. Sin embargo, un espectroscopio Raman es más caro.

El fotón emitido después de la dispersión tiene una frecuencia mayor o menor que del fotón incidente, que se denomina Stokes y dispersión anti-Stokes, respectivamente. Los alimenta y contra-alimenta líneas tienen el mismo cambio en energía, pero su magnitud depende por ejemplo la temperatura del substrato. Para las moléculas de los fotones interactúan con los bonos y las vibraciones en una molécula que son sensibles a la longitud de onda del láser utilizado. Esto hace que la molécula al ser excitados en un estado de energía virtual por un corto tiempo, después de lo cual inelásticamente emite un fotón. En caso de estado sólidos materiales que crea el fotón entrante y par electrón-hueco, que puede dispersar con un phonon en el enrejado cristalino. Un phonon es un quasiparticle, que describe un movimiento vibratorio quantized colectivo en un enrejado de átomos o moléculas en materia condensada. Después de este acontecimiento de la dispersión del electrón agujero pares decae y emite un fotón con frecuencia cambiado de puesto.

El espectro de los fotones dispersados es el espectro de Raman, que muestra la intensidad de los fotones dispersos frente a la diferencia de frecuencia (medida en wavenumbers con unidades cm-1) los fotones incidentes. Sólo aparecen picos en el espectro de Raman si modos vibracionales en el sistema son sensibles a la longitud de onda del láser utilizado, y su intensidad y su localización pueden variar entre longitudes de onda láser. Por lo general, los picos caen dentro de un rango de 500-2.000 cm-1, y picos más altos de la orden pueden encontrarse en múltiplos de la proporción del pico Raman de primer orden. La intensidad de los picos depende de muchos factores, incluyendo el poder de la láser, foco, tiempo de la adquisición y la probabilidad de la dispersión para ocurrir. Así, intensidades entre los espectros no se pueden comparar directamente y siempre deben ser convertidos en relación de intensidad. El ancho total a media máximo (FWHM) de un pico se puede comparar directamente entre diferentes mediciones.

Procedure

  1. Encienda el láser requiere y seleccionar la óptica correcta para la longitud de onda utilizada. Deje que el láser caliente para obtener una emisión estable en el tiempo.
  2. Realizar la calibración requiere el espectroscopio Raman. Esto depende del instrumento, pero aquí una muestra de referencia interna Si se utiliza para calibrar la cambio de Raman a la conocida posición del pico Si Raman cristalino. Si se utiliza a menudo ya que da un fuerte pico sostenido en una posición conocida que es insensible a la longitud de onda del láser. En primer lugar, el espectro Raman de la muestra de referencia se obtiene mediante una exposición correcta energía y tiempo. La proporción del espectro obtenido es comparado con los valores de la literatura (en el caso de Si se debe observar un pico fuerte en 520.7±0.5 cm-1 ). En el caso de un desajuste, la posición de la Convención en relación con el monocromador (a menudo una rejilla) tiene que cambiar. La mayoría disponibles en el mercado herramientas de Raman incluyen rutinas de calibración para lograrlo.
  3. Coloque la muestra bajo el microscopio y el enfoque en la capa que tiene que ser investigado. En general, un recinto oscuro capaz de cerrar se utiliza para quitar la luz. Asegúrese de que el camino del láser no es obstaculizado por absorción de luz o capas activas Raman para obtener un espectro limpio. En la literatura de espectros Raman se pueden encontrar de muchos materiales, que puede utilizarse para determinar qué materiales pueden influir en el experimento. Si aparecen picos desconocidos al lado de los picos que proceden de la muestra, pueden por rayos cósmicos (que son generalmente solamente pocos wavenumbers amplia y muy intensas) o interferir con la medición de las demás capas. Si la capa es delgada en comparación con la longitud de la atenuación del láser en el material, es probable que el sustrato debajo de también ser sondeado.
  4. Seleccione el rango de wavenumbers que deben ser analizados por el monocromador. Esto es altamente muestra dependiente. Generalmente en la literatura pueden encontrarse las regiones en la que aparecen los picos Raman interesados. Para completamente desconocido muestras de una amplia gama (por ejemplo, se pueden realizar análisis de prueba de 100-2.000 cm-1) . Análisis extendidos consumirá más tiempo, sin embargo. Seleccione una intensidad de láser que produce suficiente señal, pero que no daña el enrejado cristalino del material objeto de investigación (por ejemplo, si amorfo Si se investiga un láser de alta intensidad puede cristalizar la muestra). Esto puede comprobarse por la proyección de imagen el mismo punto dos veces, si el daño de cambios de espectro podría haberse producido. Si la señal es demasiado débil, puede aumentarse el tiempo de exposición.
  5. Adquirir el espectro de la muestra. Esto se hace generalmente automáticamente por el instrumento mientras el monocromador la exploración y la lectura de la salida de CCD. Ningún fondo exploraciones deben realizarse si la muestra está en un recinto completamente oscuro, de lo contrario luz influirá en la medición.
  6. Investigar los datos utilizando software apropiado y mediante la literatura. Esto puede incluir la eliminación de los rayos cósmicos, que aparecen como líneas muy agudas e intensas en el espectro y generalmente pueden eliminarse completamente... Interferencia con el substrato o contaminantes puede resultar en una línea de base, que puede eliminarse ajustando una curva apropiada (p. ej., línea lineal o spline) a las regiones del espectro que se espera que sean planas (es decir, no contienen picos Raman procedentes de la muestra). Para algunos materiales la Raman diferentes picos pueden aparecer tan cerca el uno al otro eso deconvolución de pico puede ser necesario, esta verificación la literatura en el material.

Espectroscopía Raman explota la dispersión de la luz para reunir información molecular única al material objeto de investigación.

Cuando la luz incide en una molécula, la mayoría de la energía no se absorbe, pero dispersa en la misma energía que la luz incidente. Sin embargo, una pequeña fracción de la radiación dispersada aparece en energías de la radiación incidente.

Estos cambios de energía corresponden a los Estados vibracionales de las moléculas y pueden utilizarse para identificar, cuantificar y examinar la composición molecular de la muestra bajo análisis.

Este video introduce la teoría detrás de esta técnica, demostrar un procedimiento para realizar la misma en el laboratorio y presentar algunas de las maneras en que este método se está aplicando en las industrias de hoy.

La interacción de la radiación con una muestra puede considerarse como colisiones entre fotones y moléculas.

Un fotón entrante excita la molécula a un estado excitado virtual efímera que rápidamente decae a su estado de tierra y emitir un fotón dispersado. Cuando no hay ningún intercambio de energía tiene lugar, un fotón dispersado tiene la misma longitud de onda como del fotón incidente, y esto se llama dispersión elástica de Rayleigh.

Raman dispersión representa moléculas sometidos a excitación vibracional o relajación como resultado de la interacción inelástica con fotones. Si la molécula se levanta de un estado a un estado excitado virtual y gotas a un estado de mayor energía vibracional, se ha ganado energía del fotón. Esto también se llama alimenta la dispersión.

Si una molécula en una energía vibratoria más alta, gana energía y gotas hasta un estado más bajo de la tierra, la molécula ha perdido energía a los fotones, dando lugar a dispersión anti-Stokes. A temperatura ambiente, el número de moléculas en el estado de tierra es mayor que los de una energía más alta del estado alimenta causando dispersión a ser más intensa y más comúnmente examinada, que contra-alimenta la dispersión.

Vibraciones moleculares y rotaciones derivados de estas interacciones con los fotones incidentes incluyen estiramiento simétrico y asimétrico, scissoring, balanceo, moviendo y torcer.

Estas vibraciones moleculares se utilizan no sólo en la espectroscopia de Raman, pero también a lo largo del lado lo con otras técnicas como espectroscopia de infrarrojo. Una vibración es "Raman-activo", o detectables mediante espectroscopía Raman, cuando causa un cambio en la polarizabilidad, o la cantidad de distorsión de la nube de electrones. Una vibración es infrarrojo activo cuando induce un cambio en su momento de dipolo.

Por ejemplo, tramos simétricos, como expansión de dióxido de carbono, provocan electrones fácilmente polarizable y alejarse de los núcleos pero no cambia el momento de dipolo. Un estiramiento asimétrico, por el contrario, resulta en cambio en el momento de dipolo, pero ningún cambio en polarizability. Por estas razones, Raman y espectroscopia infrarroja se tratan como métodos complementarios de análisis químico.

Espectroscopía Raman se realiza por brillar un láser monocromático intensa en una muestra. Se recoge la radiación emitida por la muestra, y la longitud de onda del láser se filtra. Luz dispersada se envía a través de un monocromador para un detector CCD. En micro-Espectroscopía Raman, el láser pasa a través del microscopio antes de llegar a la muestra, lo que permite una resolución espacial en el nivel de micras.

El espectro Raman de una muestra es una parcela de intensidad de la radiación dispersada en función de cambio en los wavenumbers de eso de la radiación incidente. Intensidades y formas de pico pueden indicar la concentración de material, estructura molecular, simetría y calidad cristalina.

Ahora que entiendes la teoría detrás de este método, vamos a explorar un protocolo para realizar la microespectroscopía Raman en una muestra.

Para comenzar el procedimiento, encienda el láser requiere y seleccionar la óptica correcta para la longitud de onda utilizada. Dar el láser 15 min para calentar antes de comenzar el experimento. Mientras tanto, encienda el ordenador y cargar el software del instrumento.

Elegir la longitud de onda correcta para el láser que se utiliza. Realizar la calibración requiere el espectroscopio Raman. Esto puede hacerse utilizando una oblea de silicio colocados en la platina del microscopio, pero aquí se utiliza una muestra de referencia de silicio interno. El espectro de Raman se obtiene mediante una exposición correcta energía y tiempo. El silicio debe dar un fuerte pico en alrededor de 520 wavenumbers.

Una vez calibrado, coloque la muestra bajo el microscopio y el enfoque en la capa de interés. Un recinto oscuro se utiliza para quitar la luz. Asegúrese de que el camino del láser no es obstaculizado por absorción de luz o capas de Raman activo con el fin de obtener un espectro limpio.

Seleccione el rango de wavenumbers que deben ser analizados por el monocromador. Seleccione una intensidad de láser que produce suficiente señal, pero no daña el material objeto de investigación. Esto puede comprobarse por la proyección de imagen el mismo punto dos veces. Si el espectro cambia, puede haber daño.

Si la muestra está en un recinto completamente a oscuras, no es necesario un análisis de fondo. Adquirir el espectro de la muestra.

Investigar los datos utilizando software apropiado y comparando con la literatura disponible. Los rayos cósmicos aparecen como picos agudos e intensos que deben eliminarse. Interferencia láser con ciertos sustratos o contaminantes puede resultar en una línea de base, que se quita colocando una curva correspondiente a las regiones del espectro que no se espera que contienen picos Raman procedentes de la muestra. Para algunos materiales, el Raman diferentes picos de superposición a un grado que deconvolución de pico puede ser necesario.

Después de estos pasos se compitieron, espectros resultantes representará datos cualitativos y cuantitativos de especies presentes en la muestra.

Aquí, analizaremos el espectro Raman de nanotubos de carbono, que son muy pequeños, rollos de hueco simple o varias capas de hojas de grafeno. Aquí se muestra el espectro Raman de nanotubos de carbono multipared mediante un láser 514.

Ya que los nanotubos de carbono están representados por enrejados cristalinos, sus vibraciones están representadas por vibración colectiva "modos". La Cumbre de G-mode en 1.582 wavenumbers está relacionado con el bono de carbono hibridizada sp2 que puede encontrarse en cualquier material grafítico. También es un destacado D Pico 1.350 wavenumbers representa dispersión, causado por un desorden en el enrejado cristalino. El cociente de la intensidad de los modos de G y D cuantifica la calidad estructural del nanotubo.

Novedades en láser y tecnologías informáticas han hecho de la espectroscopia de Raman una vez tediosa una de las técnicas más ampliamente utilizadas para el análisis químico.

Pilas de combustible de óxido sólidas, o SOFCs, tienen el potencial para convertirse en una importante fuente de energía de bajas emisiones en las próximas décadas. Estas células funcionan electroquímicamente, convirtiendo la energía de un combustible y un oxidante, óxidos sólidos en este caso, a la electricidad. Todavía hay cierta dificultad en caracterizar el mecanismo electroquímico de la célula de combustible materiales en situ. Sin embargo, Espectroscopía Raman se ahora cada vez más se utiliza para asignar mecanismos complejos de reacción química en el ánodo.

Objetos de arte se examinan espectroscópico para revelar su edad, composición y para optimizar las condiciones de conservación. La naturaleza no destructiva de microespectroscopía Raman hace bien adaptado para este propósito. Enfocando un láser a la muestra de arte y trazar la intensidad de luz dispersada inelásticamente, pueden obtenerse espectros de pigmentos de los artistas, medios de enlace o barnices. Espectroscopía Raman se utiliza incluso para identificar la falsificación de obras de arte.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la espectroscopia de Raman para el análisis químico. Ahora debe comprender los principios detrás del efecto de Raman y cómo se aplica a la espectroscopia de Raman, cómo realizar su propio análisis Raman en el laboratorio y algunas de las maneras emocionantes en el que se se está aplicando en las industrias de hoy.

¡Gracias por ver!

Results

El espectro Raman de nanotubos de carbono multipared mediante un láser 514 se muestra en la figura 1. Se ha eliminado la referencia lineal y los datos ha sido normalizados a la característica más intensa alrededor de 1.582 cm-1.

Varios picos se observan, que originan diferentes características cristalinas de la muestra. El pico D en 1.350 cm-1 origina dispersión de phonon elástico de doble resonancia forma con un defecto en el enrejado cristalino. G-pico (1.582 cm-1) está relacionado con el enlace de C-C sp2 cruzado por hibridación y puede encontrarse en cualquier material grafítico. Este pico fuerte realmente tiene un hombro en el lado derecho del espectro, que es el D' pico alrededor de 1.620 cm-1. Este pico es otra vez defecto relacionada.

En el más alto wavenumbers se observan varios otros picos. El G' (o 2D) pico alrededor de 2.700 cm-1 es la insinuación de la banda D y es causada por dos procesos de dispersión inelástica de phonon. Debido a esto no tiene defectos y pueden encontrarse en muestras cristalinas. Lo mismo vale para el 2D' banda unos 3.240 cm-1, que es la insinuación de la D' banda. Por último el D + G alrededor de 2.930 cm-1 es la insinuación combinada de la banda D y G.

Figure 1
Figura 1. Espectro Raman de nanotubos de carbono multipared. El espectro fue obtenido usando un láser 514, la línea de base lineal fue quitado por instalación en las áreas planas del espectro y se normaliza el espectro el pico G.

Applications and Summary

Espectroscopia de Raman puede aplicarse en una amplia gama de campos, que van desde la química (bio) física de estado sólido. En química, Espectroscopía Raman se puede utilizar para investigar cambios en enlaces químicos e identificar moléculas específicas (orgánicas o inorgánicas) mediante el uso de su huella de Raman. Esto puede hacerse ya sea gas, líquido o estado sólido en fase del material. Ha sido, por ejemplo, utilizado en medicina para investigar los componentes activos de las drogas, y analizadores de gases Raman se utilizan para la monitorización en tiempo real de los gases respiratorios durante la cirugía.

En física de estado sólido Raman, espectroscopia se utiliza para caracterizar materiales y determinar su orientación cristalina, composición, tensión, temperatura y cristalinidad. Se ha utilizado para identificar composiciones minerales y puede ser utilizado en el análisis de evidencia forense traza. También es posible observar plasmones, y otras excitaciones de baja frecuencia del sólido usando la espectroscopia de Raman. Específicamente para los materiales de grafito se ha utilizado para investigar la cristalinidad, el diámetro de los nanotubos individuales y doble pared y su quiralidad. De grafeno puede también ser utilizado para identificar el número de capas de grafeno.

Una gran ventaja de la espectroscopia de Raman sobre otros métodos espectroscópicos es que típicamente requiere ninguna preparación de la muestra si usted puede centrarse en la muestra con un microscopio, puede analizar muestras de tamaño μm, no requiere ningún contacto y no destructivos.

  1. Encienda el láser requiere y seleccionar la óptica correcta para la longitud de onda utilizada. Deje que el láser caliente para obtener una emisión estable en el tiempo.
  2. Realizar la calibración requiere el espectroscopio Raman. Esto depende del instrumento, pero aquí una muestra de referencia interna Si se utiliza para calibrar la cambio de Raman a la conocida posición del pico Si Raman cristalino. Si se utiliza a menudo ya que da un fuerte pico sostenido en una posición conocida que es insensible a la longitud de onda del láser. En primer lugar, el espectro Raman de la muestra de referencia se obtiene mediante una exposición correcta energía y tiempo. La proporción del espectro obtenido es comparado con los valores de la literatura (en el caso de Si se debe observar un pico fuerte en 520.7±0.5 cm-1 ). En el caso de un desajuste, la posición de la Convención en relación con el monocromador (a menudo una rejilla) tiene que cambiar. La mayoría disponibles en el mercado herramientas de Raman incluyen rutinas de calibración para lograrlo.
  3. Coloque la muestra bajo el microscopio y el enfoque en la capa que tiene que ser investigado. En general, un recinto oscuro capaz de cerrar se utiliza para quitar la luz. Asegúrese de que el camino del láser no es obstaculizado por absorción de luz o capas activas Raman para obtener un espectro limpio. En la literatura de espectros Raman se pueden encontrar de muchos materiales, que puede utilizarse para determinar qué materiales pueden influir en el experimento. Si aparecen picos desconocidos al lado de los picos que proceden de la muestra, pueden por rayos cósmicos (que son generalmente solamente pocos wavenumbers amplia y muy intensas) o interferir con la medición de las demás capas. Si la capa es delgada en comparación con la longitud de la atenuación del láser en el material, es probable que el sustrato debajo de también ser sondeado.
  4. Seleccione el rango de wavenumbers que deben ser analizados por el monocromador. Esto es altamente muestra dependiente. Generalmente en la literatura pueden encontrarse las regiones en la que aparecen los picos Raman interesados. Para completamente desconocido muestras de una amplia gama (por ejemplo, se pueden realizar análisis de prueba de 100-2.000 cm-1) . Análisis extendidos consumirá más tiempo, sin embargo. Seleccione una intensidad de láser que produce suficiente señal, pero que no daña el enrejado cristalino del material objeto de investigación (por ejemplo, si amorfo Si se investiga un láser de alta intensidad puede cristalizar la muestra). Esto puede comprobarse por la proyección de imagen el mismo punto dos veces, si el daño de cambios de espectro podría haberse producido. Si la señal es demasiado débil, puede aumentarse el tiempo de exposición.
  5. Adquirir el espectro de la muestra. Esto se hace generalmente automáticamente por el instrumento mientras el monocromador la exploración y la lectura de la salida de CCD. Ningún fondo exploraciones deben realizarse si la muestra está en un recinto completamente oscuro, de lo contrario luz influirá en la medición.
  6. Investigar los datos utilizando software apropiado y mediante la literatura. Esto puede incluir la eliminación de los rayos cósmicos, que aparecen como líneas muy agudas e intensas en el espectro y generalmente pueden eliminarse completamente... Interferencia con el substrato o contaminantes puede resultar en una línea de base, que puede eliminarse ajustando una curva apropiada (p. ej., línea lineal o spline) a las regiones del espectro que se espera que sean planas (es decir, no contienen picos Raman procedentes de la muestra). Para algunos materiales la Raman diferentes picos pueden aparecer tan cerca el uno al otro eso deconvolución de pico puede ser necesario, esta verificación la literatura en el material.

Espectroscopía Raman explota la dispersión de la luz para reunir información molecular única al material objeto de investigación.

Cuando la luz incide en una molécula, la mayoría de la energía no se absorbe, pero dispersa en la misma energía que la luz incidente. Sin embargo, una pequeña fracción de la radiación dispersada aparece en energías de la radiación incidente.

Estos cambios de energía corresponden a los Estados vibracionales de las moléculas y pueden utilizarse para identificar, cuantificar y examinar la composición molecular de la muestra bajo análisis.

Este video introduce la teoría detrás de esta técnica, demostrar un procedimiento para realizar la misma en el laboratorio y presentar algunas de las maneras en que este método se está aplicando en las industrias de hoy.

La interacción de la radiación con una muestra puede considerarse como colisiones entre fotones y moléculas.

Un fotón entrante excita la molécula a un estado excitado virtual efímera que rápidamente decae a su estado de tierra y emitir un fotón dispersado. Cuando no hay ningún intercambio de energía tiene lugar, un fotón dispersado tiene la misma longitud de onda como del fotón incidente, y esto se llama dispersión elástica de Rayleigh.

Raman dispersión representa moléculas sometidos a excitación vibracional o relajación como resultado de la interacción inelástica con fotones. Si la molécula se levanta de un estado a un estado excitado virtual y gotas a un estado de mayor energía vibracional, se ha ganado energía del fotón. Esto también se llama alimenta la dispersión.

Si una molécula en una energía vibratoria más alta, gana energía y gotas hasta un estado más bajo de la tierra, la molécula ha perdido energía a los fotones, dando lugar a dispersión anti-Stokes. A temperatura ambiente, el número de moléculas en el estado de tierra es mayor que los de una energía más alta del estado alimenta causando dispersión a ser más intensa y más comúnmente examinada, que contra-alimenta la dispersión.

Vibraciones moleculares y rotaciones derivados de estas interacciones con los fotones incidentes incluyen estiramiento simétrico y asimétrico, scissoring, balanceo, moviendo y torcer.

Estas vibraciones moleculares se utilizan no sólo en la espectroscopia de Raman, pero también a lo largo del lado lo con otras técnicas como espectroscopia de infrarrojo. Una vibración es "Raman-activo", o detectables mediante espectroscopía Raman, cuando causa un cambio en la polarizabilidad, o la cantidad de distorsión de la nube de electrones. Una vibración es infrarrojo activo cuando induce un cambio en su momento de dipolo.

Por ejemplo, tramos simétricos, como expansión de dióxido de carbono, provocan electrones fácilmente polarizable y alejarse de los núcleos pero no cambia el momento de dipolo. Un estiramiento asimétrico, por el contrario, resulta en cambio en el momento de dipolo, pero ningún cambio en polarizability. Por estas razones, Raman y espectroscopia infrarroja se tratan como métodos complementarios de análisis químico.

Espectroscopía Raman se realiza por brillar un láser monocromático intensa en una muestra. Se recoge la radiación emitida por la muestra, y la longitud de onda del láser se filtra. Luz dispersada se envía a través de un monocromador para un detector CCD. En micro-Espectroscopía Raman, el láser pasa a través del microscopio antes de llegar a la muestra, lo que permite una resolución espacial en el nivel de micras.

El espectro Raman de una muestra es una parcela de intensidad de la radiación dispersada en función de cambio en los wavenumbers de eso de la radiación incidente. Intensidades y formas de pico pueden indicar la concentración de material, estructura molecular, simetría y calidad cristalina.

Ahora que entiendes la teoría detrás de este método, vamos a explorar un protocolo para realizar la microespectroscopía Raman en una muestra.

Para comenzar el procedimiento, encienda el láser requiere y seleccionar la óptica correcta para la longitud de onda utilizada. Dar el láser 15 min para calentar antes de comenzar el experimento. Mientras tanto, encienda el ordenador y cargar el software del instrumento.

Elegir la longitud de onda correcta para el láser que se utiliza. Realizar la calibración requiere el espectroscopio Raman. Esto puede hacerse utilizando una oblea de silicio colocados en la platina del microscopio, pero aquí se utiliza una muestra de referencia de silicio interno. El espectro de Raman se obtiene mediante una exposición correcta energía y tiempo. El silicio debe dar un fuerte pico en alrededor de 520 wavenumbers.

Una vez calibrado, coloque la muestra bajo el microscopio y el enfoque en la capa de interés. Un recinto oscuro se utiliza para quitar la luz. Asegúrese de que el camino del láser no es obstaculizado por absorción de luz o capas de Raman activo con el fin de obtener un espectro limpio.

Seleccione el rango de wavenumbers que deben ser analizados por el monocromador. Seleccione una intensidad de láser que produce suficiente señal, pero no daña el material objeto de investigación. Esto puede comprobarse por la proyección de imagen el mismo punto dos veces. Si el espectro cambia, puede haber daño.

Si la muestra está en un recinto completamente a oscuras, no es necesario un análisis de fondo. Adquirir el espectro de la muestra.

Investigar los datos utilizando software apropiado y comparando con la literatura disponible. Los rayos cósmicos aparecen como picos agudos e intensos que deben eliminarse. Interferencia láser con ciertos sustratos o contaminantes puede resultar en una línea de base, que se quita colocando una curva correspondiente a las regiones del espectro que no se espera que contienen picos Raman procedentes de la muestra. Para algunos materiales, el Raman diferentes picos de superposición a un grado que deconvolución de pico puede ser necesario.

Después de estos pasos se compitieron, espectros resultantes representará datos cualitativos y cuantitativos de especies presentes en la muestra.

Aquí, analizaremos el espectro Raman de nanotubos de carbono, que son muy pequeños, rollos de hueco simple o varias capas de hojas de grafeno. Aquí se muestra el espectro Raman de nanotubos de carbono multipared mediante un láser 514.

Ya que los nanotubos de carbono están representados por enrejados cristalinos, sus vibraciones están representadas por vibración colectiva "modos". La Cumbre de G-mode en 1.582 wavenumbers está relacionado con el bono de carbono hibridizada sp2 que puede encontrarse en cualquier material grafítico. También es un destacado D Pico 1.350 wavenumbers representa dispersión, causado por un desorden en el enrejado cristalino. El cociente de la intensidad de los modos de G y D cuantifica la calidad estructural del nanotubo.

Novedades en láser y tecnologías informáticas han hecho de la espectroscopia de Raman una vez tediosa una de las técnicas más ampliamente utilizadas para el análisis químico.

Pilas de combustible de óxido sólidas, o SOFCs, tienen el potencial para convertirse en una importante fuente de energía de bajas emisiones en las próximas décadas. Estas células funcionan electroquímicamente, convirtiendo la energía de un combustible y un oxidante, óxidos sólidos en este caso, a la electricidad. Todavía hay cierta dificultad en caracterizar el mecanismo electroquímico de la célula de combustible materiales en situ. Sin embargo, Espectroscopía Raman se ahora cada vez más se utiliza para asignar mecanismos complejos de reacción química en el ánodo.

Objetos de arte se examinan espectroscópico para revelar su edad, composición y para optimizar las condiciones de conservación. La naturaleza no destructiva de microespectroscopía Raman hace bien adaptado para este propósito. Enfocando un láser a la muestra de arte y trazar la intensidad de luz dispersada inelásticamente, pueden obtenerse espectros de pigmentos de los artistas, medios de enlace o barnices. Espectroscopía Raman se utiliza incluso para identificar la falsificación de obras de arte.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la espectroscopia de Raman para el análisis químico. Ahora debe comprender los principios detrás del efecto de Raman y cómo se aplica a la espectroscopia de Raman, cómo realizar su propio análisis Raman en el laboratorio y algunas de las maneras emocionantes en el que se se está aplicando en las industrias de hoy.

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