Espectroscopía Raman

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD MADERO DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN TÓPICOS DE NUEVOS MATERIALES CATALÍTICOS ING. DAVID MACIAS FERRER, L.P.,M.E. G86070090 Presenta: ESPECTROSCOPIA RAMAN

2. HISTORIA A pesar de la dispersión inelástica de la luz fue predicha por Adolf Smekal (1895-1959) en 1923, no es sino hasta 1928 que se observó en la práctica. Fue el científico hindú Sir Chandrasekhara Venkata Rāman ( 1888–1970 ) quien observó el efecto por medio de la luz del sol.

3. HISTORIA Raman ganó el Premio Nobel de Física en 1930 por este descubrimiento, utilizando la luz solar, un filtro de banda estrecha fotográfica para crear una luz monocromática, y un "filtro cruzado" para bloquear la luz monocromática. Encontró que una pequeña cantidad de luz había cambiado de frecuencia y que pasaba a través de filtro " cruzado ".

4. ESPECTROSCOPIA RAMAN E s una técnica espectroscópica para observar los modos rotacional, vibracional , y otros de baja frecuencia en un sistema. Se basa en la dispersión inelástica, o dispersión Raman , de la luz monocromática, por lo general de un láser en el espectro visible, infrarrojo cercano, o cerca de rango ultravioleta. Un rayo láser interactúa con las vibraciones moleculares, fonones o otras excitaciones en el sistema, dando lugar a que la energía de los fotones láser se desplace hacia arriba o hacia abajo. El cambio en la energía da información sobre los modos de vibración en el sistema. Típicamente, una muestra se ilumina con un haz de láser. La luz procedente del punto iluminado se recolecta con una lente y es enviada a través de un monocromador . Las longitudes de onda cercanas a la línea de láser debido a la dispersión de Rayleigh elástico se filtran mientras que el resto de la luz recolectada se dispersa sobre un detector.

5. Charge-Coupled Device

6. El efecto Raman ocurre cuando la luz incide sobre una molécula e interactúa con la nube de electrones y los lazos de esa molécula. Para el efecto Raman espontáneo, que es una forma de dispersión de la luz, un fotón excita la molécula desde el estado fundamental a un estado de energía virtual . Cuando la molécula se relaja emite un fotón y lo devuelve a un estado diferente de rotación o de vibración. La diferencia en energía entre el estado original y este nuevo estado conduce a un cambio en la frecuencia del fotón emitido lejos de la longitud de onda de excitación. El efecto Raman , que es un fenómeno de dispersión de luz, no debe confundirse con la absorción (como con fluorescencia) cuando la molécula se excita a un nivel discreto de energía (no virtual). Si el estado final de vibración de la molécula es más energético que el estado inicial, entonces el fotón emitido será desplazado a una frecuencia más baja a fin de que la energía total del sistema permanezca equilibrada. Este cambio de frecuencia se designa como desplazamiento de Stokes . Si el estado vibratorio final es menos energético que el estado inicial, entonces el fotón emitido será desplazado a una frecuencia más alta, y esto se designa como un cambio de anti-Stokes .

7. Un cambio en el potencial de polarización molecular - o la cantidad de deformación de la nube electrónica - con respecto a la coordenada vibracional se requiere para que una molécula exhiba un efecto Raman . La cantidad del cambio de polarizabilidad determinará la intensidad de la dispersión Raman . El patrón de frecuencias desplazadas está determinado por los estados rotacionales y vibracionales de la muestra.

8. FUNDAMENTO FÍSICO-MATEMÁTICO Cuando la luz incide sobre una molécula, el campo eléctrico oscilante de la radiación incidente provoca una oscilación de la densidad electrónica en la molécula, efecto que viene representado por la aparición de un momento dipolar eléctrico oscilante inducido que actúa, a su vez, como fuente de radiación , originando las dispersiones ( scattering ) Rayleigh y Raman . Esta dispersión está dirigida en todas las direcciones, excepto en la de la propia dirección del dipolo. La máxima intensidad de la dispersión, Imax , se da a un ángulo de 90° con respecto al eje del dipolo. Para cualquier otra dirección se cumple que:

9. El dipolo eléctrico oscilante inducido por la radiación incidente oscilará, por un lado, con la frecuencia de oscilación del campo eléctrico de dicha radiación y, también, con las frecuencias de vibración de la molécula. La magnitud del momento dipolar eléctrico oscilante inducido viene dado (despreciando las hiperpolarizabilidades ) por: en donde α es la polarizabilidad de la molécula, cuya característica matemática es la de ser un tensor real y simétrico. La no consideración de las hiperpolarizabilidades es válida cuando se emplean campos eléctricos no muy intensos. Las diferentes componentes de  son: donde las  ij son las componentes del tensor polarizabilidad .

10. La polarizabilidad molecul a r es función de las coordenadas normales de vibración, Q k , por lo que podemos expresarla mediante un desarrollo de Taylor con respecto a estas coordenadas: donde las  ij son las componentes del tensor polarizabilidad . en donde el subíndice (0) hace referencia a la configuración de equilibrio. Si nos quedamos solo con los términos de orden uno ( armonicidad eléctrica ), la anterior ecuación resulta igual a: Si suponemos, además, un movimiento armónico simple ( armonicidad mecánica )

11. donde Q k0 es la amplitud de la coordenada normal y considerando que el campo eléctrico oscila con la frecuencia de la radiación incidente ν , obtendremos finalmente: Teniendo en cuenta la relación trigonométrica: resulta: La oscilación con frecuencia ν0 origina la dispersión Rayleigh ; las oscilaciones con frecuencias (   k ) y ( +  k ) originan las dispersiones Raman (Stokes y anti-Stokes, respectivamente).

12. APLICACIONES La e spectroscopia Raman se utiliza comúnmente en química, ya que la información vibracional es específica de los enlaces químicos y la simetría de las moléculas. Por lo tanto, proporciona una “huella digital” para la molécula identificada. Por ejemplo, las frecuencias vibratorias de SiO , Si 2 O 2 y Si 3 O 3 fueron identificados y asignados sobre la base de los análisis de coordenadas normales usando espectros infrarrojo y Raman . Analizadores de gas de Raman tienen muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, se utilizan en medicina para la supervisión en tiempo real de un anestésico y mezclas de gases respiratorios durante la cirugía . En física del estado sólido, la espectroscopía Raman espontánea se utiliza para, entre otras cosas, caracterizar los materiales, calcular la temperatura medida, y encontrar la orientación cristalográfica de una muestra.

13. MATERIALES DE CARBONO GRAFENO

14. MATERIALES DE CARBONO GRAFITO

15. MATERIALES DE CARBONO VULCAN XC-72

16. MATERIALES DE CARBONO DIAMANTE

17. MATERIALES DE CARBONO FULERENO C 60

18. MATERIALES DE CARBONO NANOTUBOS DE CARBONO (PARED SIMPLE)

19. MATERIALES DE CARBONO NANOTUBOS DE CARBONO (PARED MÚLTIPLE)

20. MATERIALES DE CARBONO NANOFIBRAS

21. MATERIALES DE CARBONO NANORODS