analisi Raman

ESPECTROSCOPÍAS INFRARROJA Y RAMAN
José Luis Pérez, Rogelio Murillo y Raúl Gómez
1.0. Introducción
La esencia de toda espectroscopía óptica consiste en hacer interactuar un haz de
radiación electromagnética con un sistema cuyas características se quieren
determinar. En términos generales, el haz saliente difiere del entrante por efecto de
esta interacción. A partir de las modificacionessufridas por el haz entrante se
puede, en principio, obtener información sobre la estructura del sistema bajo
estudio. En algunos casos, la interpretación de tales cambios puede generar un
modelo del sistema, como ocurrió en el experimento de Rutherford (aunque, en ese
caso, el haz entrante era de partículas). Por otra parte, si ya se cuenta con un
modelo general del sistema, el estudio de lasmodificaciones en el haz entrante
permite obtener información cuantitativa asociada con los procesos internos del
sistema, así como detalles no contemplados en el modelo general.
Consecuentemente, primero se describirá el mecanismo de interacción de la
radiación con la materia.
1.1. Absorción.
La luz es una onda electromagnética viajera que se puede describir mediante dos
vectores oscilantesmutuamente perpendiculares. Uno de estos vectores está
asociado con un campo eléctrico E(r,t) y el otro con uno magnético B(r,t). Las
longitudes de onda del espectro electromagnético abarcan desde varios kilómetros
hasta fracciones de nanómetros; consecuentemente las energías E = hν de sus
fotones asociados también abarcan una amplia gama de valores. En la Figura 1.1
se muestran diferentestipos de ondas electromagnéticas según su longitud de
onda.
En espectroscopía se suele utilizar el término número de onda ν , el cual se define
como el número de ondas contenido en una longitud de un centímetro y se expresa
como ν = 1 λ . El número de onda ν , la longitud de onda λ y la frecuencia ν están
relacionados por
ν=

1 ν
=
λ c

(1.1)

en donde c es la velocidad de la luz enel vacío.
Dado que las ondas electromagnéticas transportan una energía E = hν, la
diferencia entre las distintas espectroscopías que existen radica en el tipo de
procesos a los que pueden dar lugar. Así, en la espectroscopía de absorción
ultravioleta (UV) y visible intervienen transiciones electrónicas del sistema en
estudio. En otras palabras, cuando un sistema recibe energía de la luzincidente
(UV o visible) se excita hasta alcanzar un nivel electrónico de mayor energía.
(Figura 1.2).

Figura 1.1. Escala que relaciona las diferentes ondas electromagnéticas con su
-1
frecuencia (Hz), número de onda (cm ), longitud de onda (cm) y energía (eV).

Como la luz infrarroja (IR) tiene asociada una menor energía comparada con la UV,
la espectroscopía de absorción IR generalmenteestá asociada a excitaciones
vibracionales y rotacionales en moléculas, sin que se produzcan transiciones
electrónicas. (Figura 1.3). De tal manera que los espectros infrarrojos se originan a
partir de transiciones entre niveles vibracionales de la molécula en el estado
electrónico básico y son, por lo general, observados como espectros de absorción
en la región del infrarrojo. Desde un punto devista cuántico, una vibración es activa
IR si el momento dipolar de la molécula cambia durante la vibración.

Figura 1.2. El diagrama de la izquierda muestra la absorción de luz por una molécula para alcanzar
un nivel de energía más alto. El resultado es el espectro de absorción dibujado a la derecha.

Figura 1.3. El espectro de absorción IR se debe a que la molécula alcanza una energíavibracional más alta.
No hay transición electrónica. La absorción IR se puede expresar por la absorción (arriba) o por transmisión
(abajo).

1.2. Dispersión.
La dispersión es la desviación de luz de su dirección original de incidencia. La
interacción del vector de campo eléctrico de una onda electromagnética con los
electrones del sistema con el que interactúa da lugar a la dispersión de la...