Espectroscopia de Infravermelho e Raman

A espectroscopia de infravermelho e Raman investiga as vibrações moleculares para identificar grupos funcionais e caracterizar a estrutura química.

Definition

A espectroscopia de infravermelho e Raman são métodos espectroscópicos vibracionais que caracterizam moléculas a partir das energias de suas vibrações de ligação, medidas respectivamente através da absorção no infravermelho e do espalhamento inelástico da luz.

Scope

Este tópico abrange as duas técnicas vibracionais complementares: absorção no infravermelho — dominada hoje por instrumentos de transformada de Fourier que utilizam modos de amostragem como a reflectância total atenuada — e espalhamento Raman. Ele trata das regras de seleção que determinam quais vibrações são ativas no infravermelho ou em Raman, as tecnologias de interferômetro e detector, e o uso de impressões digitais vibracionais para identificação qualitativa e, cada vez mais, análise quantitativa.

Core questions

• Quais vibrações moleculares são ativas no infravermelho versus ativas em Raman, e por quê?
• Como a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier alcança suas vantagens de velocidade e sensibilidade?
• Como a região de impressão digital é usada para identificar e distinguir compostos?
• Quando o infravermelho e o Raman são complementares em vez de redundantes?

Key theories

Regras de seleção vibracional

Uma vibração absorve radiação infravermelha apenas se alterar o momento dipolar molecular, enquanto ela espalha radiação Raman apenas se alterar a polarizabilidade; essa complementaridade significa que vibrações simétricas fracas no infravermelho são frequentemente fortes em Raman, e vice-versa.

Espalhamento Raman

Uma pequena fração da luz espalhada por uma molécula é deslocada em energia pela quantidade de um quantum vibracional, produzindo linhas Stokes e anti-Stokes cujos deslocamentos identificam modos vibracionais independentemente do comprimento de onda de excitação.

Mechanisms

Na espectroscopia de infravermelho, a radiação de banda larga passa através ou reflete de uma amostra e as vibrações que modulam o momento dipolar absorvem em suas frequências características; um instrumento de transformada de Fourier codifica todas as frequências simultaneamente através de um interferômetro e recupera o espectro matematicamente. Na espectroscopia Raman, um laser monocromático ilumina a amostra e a pequena fração espalhada inelasticamente é dispersa e detectada, seus desvios de frequência relatando os mesmos modos vibracionais.

Clinical relevance

A espectroscopia vibracional é amplamente utilizada para identificação de materiais e polímeros, verificação de matérias-primas farmacêuticas e triagem de polimorfos, análise forense de traços e monitoramento de processos, sendo valorizada por exigir pouca ou nenhuma preparação de amostra.

History

A absorção no infravermelho foi utilizada analiticamente desde o início do século XX, com os instrumentos de transformada de Fourier tornando-se dominantes após a década de 1960, graças à computação mais rápida e à vantagem multiplex. O efeito Raman foi relatado por C. V. Raman e K. S. Krishnan em 1928, e as fontes de laser posteriormente transformaram o espalhamento Raman em uma ferramenta analítica prática.

Key figures

• C. V. Raman
• K. S. Krishnan
• Peter Fellgett

Seminal works

• raman1928
• skoog2017
• harris2020

Frequently asked questions

Por que a espectroscopia de infravermelho e Raman são consideradas complementares?

Elas obedecem a diferentes regras de seleção: o infravermelho detecta vibrações que alteram o momento dipolar, o Raman detecta aquelas que alteram a polarizabilidade, então uma vibração fraca em uma técnica é frequentemente forte na outra, e juntas elas fornecem uma imagem vibracional mais completa.

Qual é a vantagem do infravermelho por transformada de Fourier sobre os instrumentos dispersivos?

Um interferômetro mede todas as frequências de uma vez em vez de escaneá-las uma por uma, proporcionando aquisição mais rápida, maior rendimento e melhor relação sinal-ruído — as vantagens multiplex e de rendimento.