¿Qué es la Espectroscopia? Es el estudio de espectros, que ... 2015/Curso...
58
¿Qué es la Espectroscopia? Es el estudio de espectros, que se obtienen por la interacción entre la luz y la materia Es el estudio de espectros, que se obtienen por la interacción entre la luz y la materia
Transcript of ¿Qué es la Espectroscopia? Es el estudio de espectros, que ... 2015/Curso...
¿Qué es la Espectroscopia?
Es el estudio de espectros, que se obtienen por la
interacción entre la luz y la materia
Es el estudio de espectros, que se obtienen por la
interacción entre la luz y la materia
¿Qué es la Luz?
Según Maxwell,la luz es un campo electromagnético caracterizado por:una frecuencia o longitud de onda , relacionadas por:
=cy una polarización
Interacción Luz-molécula
Absorción de la Luz
Absorción de la Luz
¿Cómo se forma un espectro electromagnético?
Cuando un átomo “cae” desde un
estado de energía superior a otro de menor energía, la pérdida de ésta se emite en forma de
radiación cuya energía es la misma que separa ambos
niveles energéticos.
Usando la luz en el análisis químico
La Química emplea algunas fuentes de luz para llevar a cabo análisis de la materia:• La espectroscopia Infra-rojo: para determinar grupos
funcionales en las moléculas orgánicas. La luz IR hace las hace vibrar a frecuencias especificas permitiendo identificarlas
• La espectroscopia Ultra-violeta/Visible: para identificar cuanta especie colorante hay en un sólido o disolución
• La espectroscopia de Rayos-X: para identificar los elementos que se encuentran en la superficie de un sólido
• La espectroscopia Raman: para identificar como están dispuestos en el espacio los elementos de un compuesto
Técnicas espectroscópicas de absorción
La técnica RamanPrincipio físico: un fotón proporciona energía a un electrón parasubir de nivel (virtual), la vuelta a niveles fundamentales da lugara una diferencia de energía propia de niveles vibracionales(estructurales) de cada tipo de enlace
La Espectroscopia Raman
La técnica Raman
VenkataRaman
(1988-1970)
El efecto Raman fue descubierto por VenkataRaman en 1928. Lo que le valió el PremioNobel de Física en 1930 y siendo descrito comouno de los cuatro descubrimientos de la físicadel siglo
A pesar de presentar muchas ventajas respectoa la espectroscopia infrarroja, su aplicación enel estudio de obras de arte no tuvo lugar hastala construcción del primer MOLE (MolecularOptical Laser Examiner) en 1975. Éste permitióla determinación de la composición delpigmento de un manuscrito
La técnica Raman
La Espectroscopia Raman
La fluorescencia Raman
La Espectroscopia Raman
Espectros: ¿que información obtenemos?
La Espectroscopia Raman
Espectros: ¿que información obtenemos?
La Espectroscopia Raman
La técnica Raman
Configuración de un espectrómetro Raman
El láser incide en la muestra y la luz dispersada se recoge en el detector
Fuentes–láser continuo
•Ar+ -488nme 514,5nm•Kr+-647,1nm•He-Ne -632,8nm•colorantes -variables
Posición de la muestra (óptica)–90º o 180º
Monocromador–Resolución (controlada por rendijas mecánicas)
Detector–Fotomultiplicador–CCD
La Espectroscopia Raman
Aparatos dispersivos ⇒necesita calibrado (Si, CCl4)Intensidad de la señal depende de:
–alineamiento óptico–potencia del láser–apertura de las rendijas
Técnicas especialesRaman de ResonanciaNo requiere equipamiento adicional. Tiene lugar cuando la energíadel haz coincide con una transición electrónica del sistema enestudioEn este caso las bandas se amplifican por un fact5or de 103 a 105.
SERS -Surface Enhanced Raman SpectroscopyEn 1974 se descubre que las moléculas adsorbidas en una superficierugosa daban señales Raman muy intensas.Aunque la teoría no esta todavía clara, se emplea mucho en elestudio de especies que presentan fluorescencia Raman
La Espectroscopia Raman
Dispersivo micro-Raman
Espectrómetros Raman
FT-Raman
La Espectroscopia Raman
Espectrómetros Ramanportátiles
La Espectroscopia Raman
Espectroscopia Raman por fibra óptica
La espectroscopia Raman se aplica con éxito para el diagnóstico de objetoshistóricos y obras de arte. Es un método rápido, no destructivo, sin contacto y sinrecubrimientos. Es una herramienta práctica para la identificación molecular delas muestras aun cuando su concentración es muy baja. Permite la identificaciónde moléculas diferentes al mismo tiempo
Sistema desarrollado por el grupo de arqueometria del ICMUV y Chylas SL.:Láseres 785, 532, 405nm. Cabezales móviles de larga distancia
Ventajas de la técnica
Análisis in situ (aparatos portátiles)Análisis sin toma de muestraAnálisis no destructivosDeterminación de estructurasIdentificación de compuestosPermite medir disoluciones, muestras giroscópicas,corrosivas.Tiene una resolución espacial de ~1 µm
Limitaciones de la técnicaAlgunas muestras presentan fluorescencia (SERS, FT-Raman, irradiaron larga)Difícil medir muestra coloreadas que absorben en elmismo color que el láser (láser variable)
La Espectroscopia Raman
Análisis con Espectroscopia
Raman
Ejemplos
Es posible identificar la estructura de cualquier material inorgánico sin
ningún tratamiento previo de la muestra.
Ej: analisis de minerales, cerámicas,..
Análisis de minerales
Las Bíblias de Gutemberg
Se ha establecido la paleta de colores
empleados:
cinnabar/vermilion, azurite, calcite (chalk), basic lead carbonate,
lead tin yellow, malachite, carbon-based black, gold
leaf, an organic red pigment, red and yellow
ochres, indigo..
Que permiten hacer una base de datos para
futuras catalogaciones
Análisis de manuscritos
Procedencia de Porcelanas Europeas
El análisis Raman de las pastas cerámicas
y de los vidriados permiten establecer la composición y la
tecnología de obtención de
diferentes porcelanas
El las porcelanas duras se observa
Mullite (M), mientras que las mas blandas
solo presentan β-wollastonita (W) y
fosfato de calcio (P)
Análisis de porcelanas
Identificación de Porcelanas Vietnamitas
El análisis Raman permite diferenciar entre una porcelana
antigua y una moderna
Análisis de porcelanas
Capilla Medieval de Ponthoz (Belgium)
Degradación del color azul por formación de
clinoatacamita
Análisis de pigmentos en frescos
P. Vandenabeele et al Anal. Chim. Acta 407, 261 (2000)
albumin
casein
gelatin
isinglassfishglue
Excitation : 780 nm (Renishaw 1000)
Análisis de aglutinantes y barnices
Lead-tin yellow
Beeswax
P. Vandenabeele et al Anal. Chim. Acta 407, 261 (2000)
Medieval manuscript (15th century)
Spectra from
manuscript
Análisis de aglutinantes y barnices
Pictures of some studied red gemstones.
Pictures and micro-Raman spectra collected with both 785- and 473-nm lines on gems
(a)R4 (b)R10
identified as corundum, as examples.
Pictures and micro-Raman spectra collected with both 785- and 473-nm lines on red gems identified as ruby simulants, as
examples. Natural simulants: (a) R1, garnet; (b) R14, tourmaline.
Artificial simulant: (c) R10, glass. Composite gem: (d) R15, doublet
Espectroscopia Raman: Aplicación al estudio
del Vidrio
El estado de los vidrios
sV-Panel 3a, una densa capa de residuos cubre la cara interior de los vidrios, reduciendo su
transparencia
Pitting
Rayado
Oxidacion
Costras
Degradación del vidrio
Grisalla:vidrio+hierro+plomo
Costra:Carbonatos,
Sulfatos, aglutinantes
…
El estado de los vidrios
Grisalla: vidrio+hierro+plomo
Costra: Carbonatos,
Sulfatos, aglutinantes
Análisis no destructivo de la superficie del vidrio: espectroscopia Raman
Crust in Weathered Glass
Espectros Raman registrados sobre la superficie del vidrio (rojo). Los componentes se han identificado por comparación con la
base de datos Renishaw
Grisalla: Fe2O3Costra: CaCO3
Análisis no destructivo de la superficie del vidrio: espectroscopia Raman
Espectros Raman Confocal, desde la superficie hacia el interior
Análisis no destructivo de la superficie del vidrio: espectroscopia Raman
Punto de enfoque inicial
(superficie)
Punto de enfoque final (cuerpo del
vidrio)
Análisis No-Destructivo de Vidrieras medianteEspectroscopia Micro-Raman
GrisallaCostra
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
2m
Fe2O3CaCO3
Raman wavenumber (cm-1)
Surface(z= 0 m)
Bulk
(z= 16 m)
Confocal
Grisalla (Fe2O3)
Espectroscopia Micro-RamanMapping sobre una superficie
Costra (CaCO3)
Espectroscopia Micro-RamanMapping sobre una superficie
Fe2O3
CaCO3
Costra (CaCO3) y Grisalla (Fe2O3)
Espectroscopia Micro-RamanMapping sobre una superficie
Grisalla: Fe2O3Costra: CaCO3
Espectroscopia Micro-RamanMapping sobre una superficie
Espectroscopia Micro-RamanMapping sobre un area
Fe2O3 (292 cm-1)
34m
CaCO3 (1085 cm-1)
34m
Espectroscopia Micro-RamanMapping
Raman Mapping
Sobre
una linea
Mapas 3D de la
costra
Costra: CaCO3
Grisalla: Fe2O3
Análisis no destructivo mediante Espectroscopia Raman
Mapping and Confocal Micro-Raman Spectroscopy: Non-Invasive Analysis of Weathered Stained Glass Windows. S. Murcia-Mascarós*, C. Domingo, A. Muñoz-Ruiz, S. Sánchez-Cortés
y J. V. García-Ramos. En “34th International Symposium on Archaeometry. Ed. Institución «Fernando el Católico» Zaragoza, 2006. Nº 2.621. e-version ISBN 84-7820-848-8. p. 525-530
Espectroscopia Raman: Aplicación al estudio
De Arte Rupestre
Manifestaciones artísticas sobre soportes pétreos degrandes dimensiones en entornos abiertos y agresivos
Factores de deterioro que llevan asociada degradación mecánica y alteración química y biológica:
antrópicos (uso, reutilización,…) geo-ambientales (geología, clima, biota, …)
Lugares de difícil acceso
Dificultades para realizar análisis físico-químicos in situ
Las pinturas rupestres de Valltorta-Gassulla
Pigmentos negros
Cova Remigia
Abrigo de La Saltadora
Abrigo de Les Dogues
Negro de manganeso Negro de carbón
Negro de carbón
Preliminary analysis of Palaeolithic black pigments in plaquettes from the Parpalló cave (Gandía, Spain) carried out by means of non-destructive technique. C.
Roldán, V. Villaverde, I. Ródenas, F. Novelli, S. MurciaJournal of Archaeological Science, 2013 (40) 744-754.
An approximation to the study of black pigments in Cova Remigia (Castellón, Spain). Technical and cultural assessments of the use of carbon-based black pigments in Spanish Levantine Rock Art. E. López-Montalvo, V. Villaverde, C. Roldán, S. Murcia, E. Badal . Journal of Archaeological Science 52 (2014) 535–545.
Les DoguesMedidas de espectroscopia Raman en micromuestras soportadas
The use of carbon-based black pigments in Spanish Levantine Rock Art: Cova Les Dogues (Castellón, Spain). E. López-Montalvo, V. Villaverde, C. Roldán, S. Murcia, E. Badal
PLOS ONE 52 (in progress)
La simbología de los Neandertales La presencia de materia colorante adherida y las perforaciones intencionadas en las conchas marinas tienen implicacionessimbólicas de un uso ornamental entre los neandertales. Los hallazgos apoyan que entre los neandertales se desarrollaronmodelos de comportamiento social que convivieron con los de los modernos homínidos.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) 19, 2010,1023-1028.
Cueva de los Aviones (Murcia)
Cueva Antón (Murcia)
Año 50.000 a.C.
La simbología de los Neandertales
