Spettroscopia Raman con il DSC

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Definizione scientifica di spettroscopia Raman

La spettroscopia Raman è una tecnica per analizzare le molecole e determinarne la struttura e la dinamica. Utilizza la diffusione della luce indotta dall’eccitazione per studiare i legami chimici in un campione. Questa tecnica è utile per comprendere le strutture e le dinamiche delle molecole nelle fasi solide, liquide e gassose.

Che cos'è la spettroscopia Raman?

Il Raman è una tecnica che permette di determinare le molecole e i legami a catena molecolari. Questo tipo di spettroscopia è particolarmente utile perché permette di misurare direttamente la composizione chimica senza dover sezionare un campione. La spettroscopia Raman è una tecnica non invasiva che offre un’elevata precisione e ripetibilità. La misurazione analitica precisa e veloce consente a scienziati ed esperti di laboratorio di analizzare un’ampia gamma di sostanze in modo rapido ed efficiente, permettendo di determinare la composizione chimica di un campione in modo rapido e accurato. Grazie a questo metodo di misurazione, è possibile effettuare analisi qualitative e quantitative nella ricerca, nelle applicazioni industriali e nella diagnostica medica. È molto utile anche per supportare la stabilità dei materiali, il monitoraggio dei processi, il controllo della qualità e l’ identificazione dei campioni.

Figura 1[publicspectra.com, publicspectra.com/SpectralSearch. accesso: 20 agosto 2020]

Uno spettrometro Raman misura la luce Raman diffusa che si verifica quando la luce interagisce con un materiale. Questa diffusione cambia la lunghezza d’onda della luce incidente e fornisce informazioni sui legami chimici all’interno di un materiale.

Applicazioni della spettroscopia Raman

La spettroscopia Raman può essere utilizzata per misurare molti materiali diversi, come composti organici, polimeri e alcuni minerali. La spettroscopia Raman è particolarmente utile quando si analizzano campioni che forniscono solo una piccola quantità di informazioni, in quanto la tecnica non solo fornisce informazioni sulla struttura chimica, ma anche sulla disposizione spaziale delle molecole (cioè la struttura cristallina). Un altro vantaggio è che la spettroscopia Raman è molto sensibile e può visualizzare anche piccoli cambiamenti nelle molecole del campione. La tecnologia può essere utilizzata anche per misurare impurità e sostanze in tracce.

La spettroscopia Raman è in grado di misurare diversi legami molecolari a catena, ad esempio

  • I legami C-C (carbonio-carbonio) nei composti organici
  • Legami C-O (carbonio-ossigeno) nei gruppi carbonilici
  • Legami N-H (azoto-idrogeno) nelle ammidi
  • Legami S-O (zolfo-ossigeno) nei tioli
Viene utilizzato in una serie di applicazioni, tra cui:
  • Controllo qualità nell’industria farmaceutica e chimica
  • Identificazione di materiali in archeologia, storia dell’arte e criminalistica
  • Analisi di solidi e liquidi nella scienza dei materiali
  • Monitoraggio dei processi nella tecnologia energetica e ambientale
  • Analisi di campioni biologici nella ricerca sulle scienze della vita.

Struttura di uno spettrometro Raman

Uno spettrometro Raman è costituito dai seguenti componenti principali:
  • Fonte di luce:
    • fornisce la luce incidente, di solito un sistema laser.
  • Componenti ottici:
    • come lenti e specchi per dirigere la luce sul materiale del campione e raccogliere la luce Raman diffusa.
  • Portacampioni:
    • contiene il materiale da analizzare.
  • Rivelatore:
    • misura la luce diffusa emessa dal campione e la converte in segnali elettrici.
  • Componenti elettronici:
    • come amplificatori e analizzatori per elaborare i segnali e generare gli spettri Raman.

Opzione combinata: DSC e spettrometro Raman

Grazie all’acquisizione di dati più efficiente e alla miniaturizzazione, gli spettrometri Raman sono diventati molto più accessibili. Per questo motivo, negli ultimi anni la combinazione di questo metodo con altri mezzi è diventata sempre più economica.

Ad esempio, uno spettrometro Raman può essere combinato con un DSC (Calorimetro a Scansione Differenziale) accoppiato. In questo modo, è possibile analizzare simultaneamente sia gli effetti effetti entalpici di un campione e registrare lo spettro Raman per poter fare affermazioni sui legami molecolari a catena e sulla cristallinità, tra le altre cose. cristallinità cristallinità.

Applicazioni

Questo può essere utile per una serie di applicazioni nello sviluppo di materiali e processi, come la caratterizzazione di polimeri, solidi, materiali per batterie e campioni biologici.

Ad esempio, un semplice processo di riscaldamento di un PET (polietilene tereftalato) mostra diversi effetti termici come il punto di vetro (~80 °C), la ricristallizzazione (~150 °C) e la fusione del campione (~250 °C).

Con l’aiuto della spettroscopia Raman, l’origine di questi effetti può essere rilevata attraverso lo spettro Raman, ad esempio attraverso la cristallinità:

Figura 3 spectroscopyonline.com, COS 2D degli spettri Raman in funzione della temperatura del polietilene tereftalato amorfo e non orientato per separare i cambiamenti conformazionali delle molecole dalla vera cristallizzazione] (blu = bassa cristallinità, rosso = alta cristallinità)

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