Espectroscopia Raman: Identificação Molecular e Análise de Vibrações, Trabalhos de Química Analítica

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Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias Curso de Farmácia RAMAN Autores: Anna Flávia Penha Prof. Dr. Jonatas Gomes da Silva Barreiras - BA 2021

INTRODUÇÃO

A espectroscopia Raman é uma técnica de espectroscopia molecular que utiliza a interação da luz com a matéria para determinar a constituição ou composição de um material, como a FTIR. As informações fornecidas pela espectroscopia Raman são resultado de um processo de difusão da luz, enquanto a espectroscopia IR se dá pela absorção da luz. A espectroscopia Raman resulta em informações sobre as vibrações intra e intermoleculares e possibilita um entendimento adicional sobre determinada reação. A espectroscopia Raman e a FTIR fornecem um espectro característico das vibrações específicas de uma molécula (“identidade molecular”) e são importantes para a identificação de uma substância. No entanto, a espectroscopia Raman pode fornecer informações adicionais sobre modos de baixa frequência e vibrações que aumentam a compreensão sobre a rede dos cristais e a estrutura molecular fundamenta A espectroscopia Raman é uma técnica de espectroscopia molecular que utiliza a interação da luz com a matéria para determinar a constituição ou composição de um material, como a FTIR. As informações fornecidas pela espectroscopia Raman são resultado de um processo de difusão da luz, enquanto a espectroscopia IR se dá pela absorção da luz. A espectroscopia Raman resulta em informações sobre as vibrações intra e intermoleculares e possibilita um entendimento adicional sobre determinada reação. A espectroscopia Raman e a FTIR fornecem um espectro característico das vibrações específicas de uma molécula (“identidade molecular”) e são importantes para a identificação de uma substância. No entanto, a espectroscopia Raman pode fornecer informações adicionais sobre modos de baixa frequência e vibrações que aumentam a compreensão sobre a rede dos cristais e a estrutura molecular fundamenta A espectroscopia Raman é uma técnica de espectroscopia molecular que utiliza a interação da luz com a matéria para determinar a constituição ou composição de um material, como a FTIR. As informações fornecidas pela espectroscopia Raman são resultado de um processo de difusão da luz, enquanto a espectroscopia IR se dá pela absorção da luz. A espectroscopia Raman resulta em informações sobre as vibrações intra e intermoleculares e possibilita um entendimento adicional sobre determinada reação. A espectroscopia Raman e a FTIR fornecem um espectro característico das vibrações específicas de uma molécula (“identidade molecular”) e são importantes para a identificação de uma substância. No entanto, a espectroscopia Raman pode fornecer informações adicionais sobre modos de baixa frequência e vibrações que aumentam a compreensão sobre a rede dos cristais e a estrutura molecular fundamenta

DESENVOLVIMENTO

1. Principio da espectroscopia Raman Quando a luz interage com as moléculas de um gás, líquido ou sólido, a maior parte dos fótons é dispersa ou propagada com a mesma energia que os fótons incidentes. Esse fenômeno é descrito como difusão elástica ou difusão Rayleigh. Uma pequena parte desses fótons, cerca de 1 fóton em 10 milhões, é propagada em uma frequência diferente da frequência do fóton incidente. Esse processo é chamado de difusão inelástica ou efeito Raman, em homenagem a Sir C.V. Raman, que descobriu o fenômeno e ganhou o Prêmio Nobel em Física em 1930 pelo seu trabalho. Desde aquela época, a espectroscopia Raman vem sendo utilizada para várias aplicações, de diagnósticos médicos à ciência dos materiais e análise de reações. A Raman permite que o usuário colete a assinatura vibracional de uma molécula, esclarecendo o modo como ela é formada, bem como a maneira em que interage com outras moléculas ao seu redor. 2. Processo de difusão do Raman O processo de difusão Raman, conforme descrito pela mecânica quântica, se dá quando os fótons interagem com uma molécula que pode evoluir para um estado virtual, de maior energia. A partir desse estado de maior energia, podem ocorrer resultados diferentes. Um desses resultados seria o relaxamento da molécula até um nível de energia vibracional que é diferente do nível de energia do seu estado inicial, produzindo um fóton de energia diferente. A diferença entre a energia do fóton incidente e a energia do fóton propagado é chamada de deslocamento Raman. Quando a mudança na energia do fóton propagado é menor que a energia do fóton incidente, a difusão é chamada de difusão Stokes. Algumas moléculas podem começar em um estado de excitação vibracional e, quando passam ao estado virtual de energia elevada, elas podem relaxar até um estado final de energia que é menor que a do estado deexcitação inicial. Essa difusão é chamada de anti-Stokes. 3. Instrumentação da Espectroscopia Raman Um espectrômetro de Raman moderno e compacto consiste de vários componentes básicos, incluindo um laser que serve como fonte de excitação para induzir a difusão Raman. Geralmente, lasers de estado sólido são usados em instrumentos modernos Raman, com tamanhos de ondas comuns de 532 nm, 785 nm, 830 nm e 1.064 nm. Os lasers de menor tamanho de onda têm uma maior difusão Raman entre as seções transversais, de modo que o sinal resultante é maior. Entretanto, a incidência de fluorescência também aumenta em comprimentos de onda menores. Por esse motivo, muitos

sistemas Raman contêm o laser de 785 nm. A energia do laser é transmitida para a amostra e coletada da mesma por cabos de fibra óptica. Um entalhe ou filtro de extremidade é usado para eliminar as difusões Rayleigh e anti-Stokes, e a luz difusa de Stokes remanescente é passada em um elemento de dispersão, normalmente uma grade holográfica. Um detector CCD captura a luz, resultando no espectro Raman. Já que a difusão Raman resulta em um sinal fraco, é de vital importância que componentes de alta qualidade e adequação óptica sejam usados no espectrômetro de Raman.

4. Aplicações da espectroscopia Raman Os espectrômetros da tecnologia Raman têm alta sensibilidade e facilitam a análise química de sólidos, líquidos e gases. Eles são uma ferramenta inestimável para identificação e verificação de materiais por isso é utilizada na indústria para uma variedade de aplicações, incluindo: Processos de Cristalização, Identificação de Polimorfos, Reações de Polimerização, Reações de Hidrogenação, Síntese Química, Biocatálise e Catálise Enzimática, Química de Fluxo, Monitoramento de Bioprocesso e Reações de Síntese.

uando a luz interage com as moléculas de um

gás, líquido ou sólido, a maior parte dos fótons

é dispersa ou propagada com a mesma

energia que os fótons incidentes. Esse

fenômeno é descrito como difusão elástica ou

difusão Rayleigh. Uma pequena parte desses

fótons, cerca de 1 fóton em 10 milhões, é

propagada em uma frequência diferente

da frequência do fóton incidente. Esse

processo é chamado de difusão inelástica ou

efeito Raman, em homenagem a Sir C.V.

Raman, que descobriu o fenômeno e ganhou o

Prêmio Nobel em Física em 1930 pelo seu

trabalho. Desde aquela época, a

espectroscopia Raman vem sendo utilizada

para várias aplicações, de diagnósticos

médicos à

ciência dos materiais e análise de reações. A

Raman permite que o usuário colete a

Nasdala, L.; Smith, D.; Kaindl, R. Ziemann, M. A.; Em Spectroscopic methods in mineralogy , Beran, A.; Libowitzky, E., eds.; Eotvos University Press: Budapest 2004, cap. 7