Princípios de espectroscopia molecular(2)

Princípios de espectroscopia molecular

Básico sobre espectroscopia molecular

A base da espectroscopia molecular está na excitação de átomos e moléculas através de fótons. Átomos e moléculas, quando excitados, podem passar por vibrações ressonantes ou transições eletrônicas, dependendo da natureza da alteração induzida. Transições vibracionais correspondem a mudanças em estados vibracionais moleculares e são detectados usualmente na região de infravermelho. Transições eletrônicas correspondem a mudanças em estados eletrônicos de átomos e moléculas e são detectados na região de UV-Vis (ultravioleta até luz visível).

Trasição vibracional	Transição eletrônica
Molécula de acetaldeído	Cristal de cloreto de sódio	Átomos de carbono	Molécula de cafeína	Macromoléculas
Absorção de luz infravermelho	Absorção de luz infravermelho	Absorção de luz UV	Absorção de luz visível e UV	Absorção de luz visível e UV
Absorção de luz infravermelho induz vibrações atômicas e movimentos rotacionais	Absorção de infravermelho distante gera vibrações térmicas de átomos no cristal	Absorção de luz UV pelo átomo promove transições eletrônicas para níveis energéticos superiores	Absorção de luz UV-Vis promove transições de orbitais moleculares	Absorção de luz por moléculas como DNA promove transições eletrônicas de bandas de valência para bandas de condução

A maioria dos tipos de espectroscopia molecular são referidas como espectroscopia de absorção, uma vez que se mede a perda de energia devido à absorção de fótons. Espectroscopia de absorção pode ser dividida em espectroscopia ultravioleta a vácuo, espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis), espectroscopia de infravermelho próximo, espectroscopia infravermelho e espectroscopia de infravermelho distante de acordo com a banda de comprimento de onda empregada. Por outro lado, a energia absorvida também gera radiação com efeitos de espalhamento e emissão de luz. A medição deste tipo de radiação é considerada como espectroscopia de emissão que inclui técnicas como espectroscopia Raman e espectroscopia de fluorescência/fosforescência.

Tanto espectroscopia de infravermelho quanto Raman, que são formas de espectroscopias vibracionais, trabalham com sinais oriundos de vibrações moleculares geradas pela exposição a radiação infravermelho. Apesar disso, diferentes comportamentos são observados, tornando os seus resultados complementares.

A figura abaixo apresenta a análise de ar interior via FTIR (%T) e Raman. No espectro de Raman, observam-se dois picos referentes aos gases nitrogênio (N₂) e oxigênio (O₂), sendo suas intensidades correspondentes à composição do ar. O sinal de FTIR apresenta sinais vibracionais correspondentes a água e gás carbônico. Apesar da baixa concentração (menos de 1% da composição), cada sinal referente aos dois últimos compostos pode ser observado claramente.

Figura: espectro referente a ar interior desenvolvido através da técnica de FTIR (vermelho) e Raman (azul)