Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Espectroscopía Raman


La espectroscopía Raman es una técnica analítica ampliamente utilizada en la química física para estudiar los modos vibracionales, rotacionales y otros modos de baja frecuencia en sistemas. Se basa en la dispersión inelástica de luz monocromática, generalmente proveniente de un láser en el rango visible, cercano al infrarrojo o cercano al ultravioleta. La luz del láser interactúa con vibraciones moleculares, fonones u otras excitaciones en el sistema, resultando en el desplazamiento de la energía del fotón láser hacia arriba o hacia abajo. Este cambio de energía proporciona información sobre los modos vibracionales de las moléculas.

Fundamentos del Efecto Raman

El efecto Raman lleva el nombre del físico indio C.V. Raman, quien lo descubrió por primera vez en 1928. Cuando la luz interactúa con la materia, la mayoría de los fotones se dispersan elásticamente, lo que significa que el fotón dispersado tiene la misma energía (y por lo tanto longitud de onda) que el fotón incidente. Esto se conoce como dispersión de Rayleigh. Sin embargo, una pequeña fracción de la luz se dispersa inelásticamente, a una energía ligeramente diferente a la del fotón incidente. Este fenómeno se conoce hoy como el efecto Raman.

Dispersión Stokes y anti-Stokes

En la espectroscopía Raman, la dispersión inelástica de la luz se clasifica en dos categorías, determinadas por si se gana o se pierde energía luminosa:

  • Dispersión Stokes: Si el fotón dispersado tiene menos energía que el fotón entrante, el cambio de energía corresponde a una ganancia de energía vibracional en las moléculas. Esto se llama dispersión Stokes.
  • Dispersión anti-Stokes: Por el contrario, si los fotones dispersados tienen más energía que los fotones incidentes, las moléculas pierden energía vibracional. Esto se conoce como dispersión anti-Stokes.
Energía del fotón incidente: E_0
Energía del fotón dispersado Stokes: E_0 - E_vib
Energía del fotón dispersado anti-Stokes: E_0 + E_vib

Diagrama de energía

Los diagramas de niveles de energía son una forma útil de representar la dispersión Raman:

estado fundamental Estados virtuales Anti-Stokes Stokes

Aquí, la línea azul representa la transición al estado virtual excitado. Las líneas roja y morada representan las transiciones correspondientes a la pérdida y ganancia de energía, respectivamente.

Reglas de selección e información molecular

No todas las vibraciones son activas Raman. Para que una molécula sea activa Raman, su polarizabilidad debe cambiar al vibrar. La polarizabilidad es una medida de qué tan fácilmente la nube de electrones de una molécula puede ser distorsionada por un campo eléctrico externo.

  • Estiramiento simétrico: Estos suelen ser activos Raman ya que generalmente causan un cambio significativo en la polarización.
  • Estiramiento asimétrico o flexión: Estos a menudo tienen poco efecto en la polarización y no siempre se pueden ver en el espectro Raman.

La espectroscopía Raman es complementaria a la espectroscopía infrarroja, que depende en gran medida de los cambios en el momento dipolar. Como resultado, la espectroscopía Raman e infrarroja a menudo proporcionan información complementaria sobre las vibraciones moleculares.

Ejemplo

Para una molécula diatómica simple:

HCl

En el caso de la espectroscopía infrarroja, se miden los modos vibracionales que cambian el momento dipolar. Sin embargo, en la espectroscopía Raman, vemos cambios en la polarización, lo que proporciona información sobre diferentes modos vibracionales que pueden no ser evidentes en los espectros infrarrojos.

Equipamiento

Los espectrómetros Raman generalmente consisten en los siguientes componentes principales:

  1. Fuente láser: utilizada para proporcionar la luz monocromática requerida para la dispersión.
  2. Escenario de muestra: donde se coloca la muestra para la prueba.
  3. Elemento dispersivo: Generalmente un retículo de difracción, utilizado para dispersar la luz dispersada en sus longitudes de onda componentes.
  4. Detector: captura la luz dispersada, generalmente un detector CCD.

Fuente láser

El láser es un componente importante del espectrómetro Raman. La selección de la longitud de onda del láser puede afectar el espectro Raman debido a la interferencia de fluorescencia. Los láseres comúnmente utilizados para la espectroscopía Raman incluyen:

  • Láser de iones de argón (488 nm, 514.5 nm)
  • Láser de diodo (780 nm, 830 nm)

Preparación de muestras

La preparación de las muestras depende del estado del material que se va a analizar. Los sólidos, líquidos y gases pueden analizarse utilizando espectroscopía Raman, cada uno con sus propias consideraciones de preparación. Las muestras sólidas pueden necesitar mantenerse en forma de polvo, mientras que los líquidos pueden mantenerse en células especiales. Las muestras de gas deben mantenerse en células que tengan ventanas transparentes para la penetración del láser.

Aplicaciones de la espectroscopía Raman

La espectroscopía Raman tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas disciplinas científicas:

  • Química: Identificación de moléculas y caracterización de compuestos.
  • Ciencia de materiales: Investigación de las estructuras cristalinas de materiales, como polímeros y nanotubos de carbono.
  • Biología: El estudio de biomoléculas, incluidas proteínas y lípidos.
  • Farmacéuticos: Análisis de compuestos de drogas e ingredientes farmacéuticos activos.

Su naturaleza no destructiva hace que la espectroscopía Raman sea particularmente valiosa para muestras delicadas y sensibles en una variedad de campos, incluyendo la arqueología y la restauración de arte.

Estudio de caso: Análisis de nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono son un ejemplo por excelencia de materiales que pueden analizarse utilizando espectroscopía Raman. Diferentes picos Raman corresponden a diferentes propiedades de los nanotubos de carbono, como el diámetro y la quiralidad. La banda G y la banda D son particularmente importantes; proporcionan información sobre propiedades electrónicas y defectos estructurales, respectivamente.

Banda G: ~1580 cm-1
Banda D: ~1350 cm-1

Interpretación de datos

Interpretar espectros Raman implica identificar picos que corresponden a vibraciones moleculares específicas. Este proceso a menudo requiere comparación con espectros conocidos o modelado computacional. A pesar de la complejidad, los datos resultantes proporcionan información detallada sobre la estructura y el estado del material.

Análisis del espectro de muestra

Consideremos un espectro Raman hipotético con estos desplazamientos de picos:

Pico 1: 500 cm-1 - probablemente vibración esquelética
Pico 2: 1000 cm-1 - inclinación CH
Pico 3: 1500 cm-1 - estiramiento C=C

Cada pico corresponde a diferentes vibraciones moleculares, proporcionando información detallada sobre la estructura molecular.

Beneficios y limitaciones

Como cualquier método analítico, la espectroscopía Raman tiene sus fortalezas y limitaciones:

Beneficio

  • La naturaleza no destructiva permite el análisis de muestras valiosas.
  • Proporciona datos complementarios para la espectroscopía IR.
  • Se requiere una preparación de muestra mínima.
  • Funciona bien en entornos acuáticos, ya que el agua dispersa muy poco.

Límites

  • La interferencia de fluorescencia puede oscurecer las señales Raman.
  • Baja sensibilidad en comparación con otras técnicas espectroscópicas.
  • Capacidad limitada para analizar estructuras aromáticas.

Tendencias actuales y direcciones futuras

Los avances tecnológicos continúan ampliando las aplicaciones de la espectroscopía Raman. Innovaciones como la espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) y la espectroscopía Raman mejorada con punta (TERS) han empujado los límites de detección y las fronteras de la resolución espectral, prometiendo un futuro brillante para la integración de la espectroscopía Raman en una variedad de campos científicos.


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