perkinelmer raman ago2008

Espectroscopia RamanEspectroscopia Raman

Thiago JosThiago Jos FatobeneFatobeneEspecialista de ProdutoEspecialista de ProdutoPerkinElmer do Brasil PerkinElmer do Brasil

IntroduIntroduo Teo Tericarica

HistHistricorico

PrimeiroPrimeiro postuladopostulado porpor SmekalSmekalemem 19231923

Dr. Dr. ChandrasekharaChandrasekhara VenkataVenkataRamanRaman PrimeiroPrimeiro a a observarobservar o o

espalhamentoespalhamento Raman Raman emem1928 (1928 (juntojunto com K.S, com K.S, Krishnan)Krishnan)

Raman Raman ganhouganhou o o prprmiomioNobel de Nobel de FFsicasica emem 19301930

RamanRaman

Quando uma molcula irradiada, a energia pode ser transmitida, absorvida, ou espalhada. A espectroscopia Raman baseada na deteco da luz espalhada.

No espalhamento Rayleigh (), a interao da molcula com o fton no provoca mudanas nos nveis de energia vibracional e/ou rotacional da molcula. Assim

O efeito Raman pode ser explicado pela coliso entre o fton incidente e a molcula. Isto muda os nveis das energias vibracional e/ou rotacional da molcula por um incremento ( E). Pela lei de conservao de energia, isto significa que as energias dos ftons incidente e espalhado sero diferentes, ou seja . Se a molcula absorve energia, E positiva, incidente > espalhada., estas so as do espectro (regra de Stokes de fluorescncia, incidente > fluorescncia). Se a molcula perde energia, E negativa, incidente < espalhada, linhas do espectro.

O O queque osos eletronseletrons fazemfazem

O O queque espalhamentoespalhamento Raman?Raman?

RamanRaman

As linhas Stokes e anti-Stokes correspondem a vibrao molecular da amostra em estudo

RamanRaman

O espectro de Raman plotado em cm-1, mas esta unidade no um valor absoluto como no IR e as medidas no so feitas no MID-IR. O espectro Raman o comprimento de onda da radiao espalhada em relao ao da radiao de excitao (laser). As leituras so feitas na regio do visvel e do NIR.

OBS: laser = 785nm

1600cm1600cm--11898nm = 11139cm898nm = 11139cm--111000cm1000cm--11852nm = 11739cm852nm = 11739cm--11

0cm0cm--11785nm = 12739cm785nm = 12739cm--11Espectro RamanEspectro RamanRadiaRadiao Detectadao Detectada

LinhasLinhas Stokes e AntiStokes e Anti--Stokes Stokes EspectroEspectroRaman do Raman do CyclohexanoCyclohexano

PerdaPerda de de energiaenergia

GanhoGanho de de energiaenergia

SemSemmudanmudanaa

de de energiaenergia

Energy Energy LossLoss

Energy Energy GainGain

NoNoEnergy Energy ChangeChange

EspectroEspectro RamanRaman

LinhasLinhas Stokes e AntiStokes e Anti--Stokes Stokes EspectroEspectroRaman do Raman do CyclohexanoCyclohexano

O O espalhamentoespalhamento dada luzluz estaesta aoao nossonosso redorredor ....

O sol O sol a fonte de todos os comprimentos de onda da luz visa fonte de todos os comprimentos de onda da luz visvel.vel.

A luz azul A luz azul espalhada pelas molespalhada pelas molculas da atmosfera mais que a luz vermelha, culas da atmosfera mais que a luz vermelha, porque essas molporque essas molculas so menores que os comprimentos de onda da luz.culas so menores que os comprimentos de onda da luz.

Isso explique o porque o cIsso explique o porque o cu u azul e que no por do sol vemos uma luz vermelha.azul e que no por do sol vemos uma luz vermelha.

HH partpartculas grandes de culas grandes de gua nas nuvens que promovem um espalhamento gua nas nuvens que promovem um espalhamento igual em todos os comprimentos de onda e com isso dando um efeitigual em todos os comprimentos de onda e com isso dando um efeito branco o branco a nuvem.a nuvem.

EfeitoEfeito dos dos comprimentoscomprimentos de de ondaonda

IntensidadeIntensidade de de espalhamantoespalhamanto = Kl(Pol)= Kl(Pol)22vv44 K K umauma constanteconstante l l o o caminhocaminho pticoptico PolPol a a polarisabilidadepolarisabilidade dada molmolculacula e e nicanica parapara cadacada molmolculacula.. V V a a freqfreqnciancia dada radiaradiaoo incidenteincidente..

IssoIsso significasignifica queque o laser o laser azulazul dd um um sinalsinal maismais intensointenso queque o o vermelhovermelhoouou NIR.NIR.

No No entantoentanto, a , a fluorescenciafluorescencia compete com o compete com o espalhamentoespalhamento e se e se estiverestiverpresentepresente serser maismais forte forte queque o o espalhamentoespalhamento e e irir mascararmascarar o o espectroespectro Raman.Raman.

EsseEsse o o motivomotivo do do porqueporque algunsalguns laboratlaboratriosrios usamusam NIR FTNIR FT--Raman.Raman.

FluorescnciaFluorescncia

Red laserGreen laser

785nm laser

EspectroEspectro de de umauma tampatampa de de canetacaneta

532 nm532 nm

785 nm785 nm

1064 nm1064 nm

Lasers Lasers usadosusados pelapela PEPE

O laser de 785nm O laser de 785nm aceito como o melhor, porque:aceito como o melhor, porque:a) bom espalhamento Ramana) bom espalhamento Ramanb) alta sensibilidade com o detector CCDb) alta sensibilidade com o detector CCDc) reduc) reduo ou sem efeito da fluorescnciao ou sem efeito da fluorescncia

Quando a fluorescncia Quando a fluorescncia um problema usaum problema usa--se o NIR laser se o NIR laser (1064nm).(1064nm).

a) pouco ou nenhum efeito de fluorescnciaa) pouco ou nenhum efeito de fluorescnciab) porb) porm, fraco espalhamento e detectores menos sensm, fraco espalhamento e detectores menos sensveis.veis.

OutrasOutras ttcnicascnicas: RR, SERS and SERRS: RR, SERS and SERRS

RR: RR: ResonanceResonance RamanRamanOcorre quando a energia de um fOcorre quando a energia de um fton do laser coincide com o de ton do laser coincide com o de uma transiuma transio eletrnica de um grupo cromo eletrnica de um grupo cromforo do sistema em foro do sistema em estudo.estudo.

SERS: Surface Enhanced Raman SpectroscopyO espectro Raman de uma molcula que absorvida sobre umasuperfcie de ouro ou prata pode ter o sinal significamenteaumentado.

SERRS: Surface Enhanced Resonance Raman SpectroscopySimilar ao SERS, mas usa um laser com energia que coincide com o grupo cromforo da molcula em estudo.

SERS / SERRS podem aumentar o sinal em at bilhes de vezes.

1000 1200 1400 1600 1800

Raman Shift cm-11000 1200 1400 1600 1800

Raman Shift cm-1

80 fmol 0.8 fmol

Rhodamine labelled oligonucleotide (SERS)

Resonance RamanResonance Raman

Espectrmetros DispersivosEspectrmetros Dispersivos

CzernyCzerny--TurnerTurnerSistema requer cerca de 10s para 1s de aquisio do espectro. Diferentes partes do espectro so adquridas em diferentes tempos.Grande problema para anlise de sistemas dinmicos.

ExemploExemplo

EspectroEspectro Raman Raman adquiridoadquirido emem 7 7 etapasetapas..

EchelleEchelleAquisio do espectro instantaneamente. Todos os comprimentos de ondas analisados simultaneamente sem movimentao de nenhuma parte ptica..

3500 cm-1

1500

1000

500

95 cm-1500

1000

Espectrmetros DispersivosEspectrmetros Dispersivos

ExemploExemplo

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

NH

O SO

O

OH

N

NN

N

SH

FTFT--RamanRaman

Ocasionalmente a amostra pode apresentar fluorescncia.Ocasionalmente a amostra pode apresentar fluorescncia.Neste caso, para um espectro limpo usaNeste caso, para um espectro limpo usa--se um laser se um laser NdNd:YAG (NIR :YAG (NIR 1064nm).1064nm).

Para sistemas YAG usaPara sistemas YAG usa--se detectores se detectores InGaAsInGaAs ou ou GermanioGermanio. Estes . Estes possuem uma sensibilidade de atpossuem uma sensibilidade de at 20x menor que o de s20x menor que o de slica.lica.

Para compensar a baixa sensibilidade usaPara compensar a baixa sensibilidade usa--se lasers de 1 se lasers de 1 -- 2w de potncia.2w de potncia.PorPorm, devem, deve--se tomar cuidado para no queimar a amostra.se tomar cuidado para no queimar a amostra.

BenefBenefcioscios

A espectroscopia Raman A espectroscopia Raman uma tuma tcnica complementar ao Infravermelho.cnica complementar ao Infravermelho. Assim como o infravermelho, o espectro Raman pode ser usado parAssim como o infravermelho, o espectro Raman pode ser usado para a identificaidentificao (o (fingerfinger printprint).). Fornece informaFornece informaes sobre vibraes sobre vibraes homo es homo -- nucleares simnucleares simtricas como tricas como os estiramentos os estiramentos --C=CC=C-- e e S=SS=S-- que so fracas ou inativas no infravermelho.que so fracas ou inativas no infravermelho. Os anOs anis aromis aromticos possuem bandas fortes.ticos possuem bandas fortes. As amostras precisam de pouca ou nenhuma preparaAs amostras precisam de pouca ou nenhuma preparao.o. uma tuma tcnica no destrutiva. Ancnica no destrutiva. Anlise lise in in situsitu.. O vidro O vidro um bom material para ser usado como janelas para medidas por um bom material para ser usado como janelas para medidas por Raman.Raman.

No requer acessNo requer acessrios especiaisrios especiais No hNo h interferncia de umidade.interferncia de umidade.

RamanRaman

EspectroEspectro de IR e Raman do de IR e Raman do cidocido BenzBenzicoico

IRIR

RamanRaman

ComparaComparaoo Raman, Mid IR, e Near IRRaman, Mid IR, e Near IR

!!!" #!!! $%%

&'' (

RamanRaman

RamanRaman

Touch Button Compartimento

para vrios tipos de amostras

RamanRaman

RamanMicroRamanMicro 200200

785nm laser785nm laser 95 95 3200 cm3200 cm--11 rangerange 10cm10cm--11 FWHM resolution, 3cmFWHM resolution, 3cm--11 pixel resolution.pixel resolution. 10 micron spot10 micron spot CTCT

RamanMicro 200RamanMicro 200

Raman Optical Head

Spectrometer

Raman / Visible Image selector

100W Halogen Lamp

Fiber Optic Connectors

Sample HolderSample Holder

RamanMicro 200 Laser Spot SizeRamanMicro 200 Laser Spot Size

200m

100m

20m

10m

Spot Size

600m5x

250m20x

40m50x

20m100x

Depth of FieldObjective

5X5X10X10X

40X40X 100X100X

50 Micron Pinhole

Laser Spot

ComparaComparaoo de de ResoluResoluoo

10cm10cm--11

4cm4cm--11

ComparaComparaoo de de resoluresoluoo

10cm10cm--11

4cm4cm--11


785nm laser785nm laser 95 95 3200 cm3200 cm--11 rangerange 4cm4cm--11 FWHM resolution, 1cmFWHM resolution, 1cm--11 pixel resolution.pixel resolution. 10 micron spot10 micron spot ECHELLEECHELLE

Raman MicroscopeRaman Microscope

Laser

Spectrograph

High Performance

TE cooled CCD Detector

Optical Head, detailed block diagram below

Objective Lens

DentroDentro do do RamanMicroRamanMicro 200 & 400200 & 400

Objective Lens

RamanMicro 200F e 400F com Fibre ProbeRamanMicro 200F e 400F com Fibre Probe

Laser

Spectrograph

Laser Switch


Objective Lens


Objective Lens

RamanMicro 200F e 400F com Fibre ProbeRamanMicro 200F e 400F com Fibre Probe

Laser

Spectrograph

Laser Switch

Objective Lens

Laser

Optical Head

Motorized XYZ Stage

Video Head

Spectrograph

Laser Switch

Optical Probe Head, detailed block diagram below

Objective Lens

Objective Lens

DentroDentro do do RamanStationRamanStation 400F400F

AplicaAplicaoo

Auto subtrao do espectro do frasco

AnAnliselise num num frascofrasco ambarambar de 4Lde 4L

Spectrum of Bottle

Raw Material(Liquid)

Spectrum with glass removed

Micro Raman Micro Raman

Mapeamento

Mapeamento de um comprimido de 18mm x 8mm.

RamanRaman

ImagemImagem QuQumicamica

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

As cores representam a composio qumica

Acetoaminophen

Caffeine

Aspirin

ImagemImagem QuQumicamica e e MapeamentoMapeamento

RamanStationRamanStation 400 400 ouou MicroRamanMicroRaman

Opes de amostragem: ) 1. Single point, ) 2. Super-Macro (large spot), ) 3. Grid sampling, ) 4. Line scan, ) 5. Depth profile.

!

PassoPasso dada XYZ stage < 1micronXYZ stage < 1micron

TintasTintas de de umauma brochurabrochura comercialcomercial

Identificao de narcticos e substncias de abuso

RamanRaman

RamanRaman

AmphetamineMethamphetamine

Cocaine Heroin

RamanRaman

RamanRaman

Anlise de leos e gorduras

PolimorfismoPolimorfismo

Polimorfismo so diferentes formas cristalinas para uma mesma substncia.O espectro Raman espcies de polimorfismo so similares, mas diferenas pode ser observadas.

Form A

Form B

RamanRaman

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

*+,-.

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

*/0.

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

(1

*23.

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

&1&

*.

Raman de Tecido CancerosoRaman de Tecido Canceroso

3000 2500 2000 1500 1000 500 3000 2500 2000 1500 1000 500

DiferenDiferenasas

CancerosoCanceroso

TecidoTecido saudsaudvelvel

AlimentosAlimentos

Sem interferncia da Sem interferncia da guagua

Raman de PolRaman de Polmerosmeros

PVC PEAD

Nylon 11PET

Hidrogenao do Fenil Acetileno

A hidrogenao do Fenil Acetileno para a formao do Estireno e do Etil Benzeno um reao que envolve altas presses e altas temperaturas.

A tcnica tradicional de anlise por CG. O que necessrio uma amostragem de tempos em tempos provocando uma alterao da presso e uma alterao do equilbrio da reao.

Com Raman isso no ocorre, uma vez que a reao monitorada atravs de uma probe.

RamanRaman

O reator consiste de:

Uma roda de ao inoxidvel impregnada de catalisador Uma soluo de reao: Heptano (solvente) e Fenil Acetileno Alta presso de H2

RamanRaman

A cada 10 minutos foi coletado um espectro Raman Mais de 50 espectros foram coletados durante todo o experimento Atravs dos espectros visvel o consumo de Fenil Acetileno atravs

da queda da tripla ligao em 2115 cm-1

RamanRaman

CC C=C

Hidrogenao

RamanRaman

Starting Material CCDesired Product C=CReaction Overshoot C-C

CorrelaCorrelaoo entreentre Raman e CGRaman e CG

0 10 20 30 40 50 60 70 80Time / mins

0

20

40

60

80

100%

C

o

m

p

o

s

i

t

i

o

n

Solido - CG Sem preenchimento - Raman

RamanRaman

Estudo da cristalinidade de polmeros

A rigidez e a resistncia ao impacto de um polmero esta diretamente associada ao seu grau de cristalinidade. Um melhor entendimento do processo de cristalizao do polmero pode resultar em frascos de menor espessura e de mesma resistncia. Menos material mais economia e menor o impacto sobre o meio ambiente.

RamanRaman


Amostras cristalinas apresentam um pico em 1096 cm-1. Material amorfo apresenta apenas um ombro em 1119 cm-1.

RamanRaman


Amostras cristalinas apresentam um pico estreito em 1730 cm-1.

RamanRaman


O grfico abaixo mostra a variao da cristalinidade (1096/1119) em funo do comprimento do frasco. O material essencialmente amorfo no topo e na base do frasco e apresenta uma certa cristalinidade no resto do frasco.

PerkinElmer do Brasil Ltda. PerkinElmer do Brasil Ltda.

Obrigado pela atenObrigado pela ateno!o!

Thiago FatobeneEspecialista de Aplicao

[email protected]

PerkinElmerPerkinElmer do Brasildo BrasilPerdizes Perdizes -- So PauloSo Paulo

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