UNIDAD DE RAYOS X DE MONOCRISTAL Y ESPECTROSCOPÍAS VIBRACIONAL Y ÓPTICA

UNIDAD DE RAYOS X DE MONOCRISTAL Y ESPECTROSCOPÍAS VIBRACIONAL Y ÓPTICA

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Presentación

La unidad de difracción de rayos X de monocristal y espectroscopías vibracional y óptica engloba una serie de técnicas cuyas capacidades analíticas se basan en las interacciones producidas entre los electrones de la materia y las radiaciones comprendidas en el rango de 10-5 (infrarrojo) – 10-10 (rayos X) m.

La medida de la dispersión o absorción de la radiación por la muestra, según la técnica empleada, nos permite obtener información estructural o sobre la composición de la misma, desde un punto de vista tanto cualitativo como cuantitativo.

DIFRACCIÓN DE RAYOS X DE MONOCRISTAL

Fundamentos

La difracción de rayos X se produce por la interacción entre el haz de rayos X y los electrones del entorno ordenado de un cristal debido a que las distancias entre los centros de dispersión son del mismo orden de magnitud que la longitud de onda de la radiación. La cristalografía por difracción de rayos X consiste en medir las intensidades de los haces difractados por la muestra, un monocristal, mediante un detector adecuado y, a partir de estos reconstruir matemáticamente la distribución electrónica en la celdilla unidad, cuyos máximos corresponderán de forma aproximada a las posiciones atómicas.

Aplicaciones

La difracción de rayos X de monocristal puede proporcionar información detallada de la estructura tridimensional en estado sólido de muestras cristalinas de compuestos orgánicos, inorgánicos y organometalicos, consistiendo en la descripción geométrica en términos de distancias y ángulos de enlace, ángulos de torsión, ... También se puede obtener información sobre empaquetamientos, interacciones intermoleculares, ...

En el caso de cristales de buena calidad de compuestos ópticamente activos que tengan en la molécula un átomo pesado de Z>14, se podría determinar la estructura absoluta de los mismos.

Equipamiento

• Equipo de difracción de rayos X para monocristales Bruker CCD-Apex provisto de tubo de rayos X con ánodo de Mo y equipo de baja temperatura KRYOFLEX. Programas para adquisición y tratamiento de datos SMART y SAINT.

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Paquete de programas para la resolución de estructuras SHELXTL, que engloba los programas necesarios para la determinación del grupo espacial, correcciones de absorción, determinación inicial de la estructura por métodos directos o Patterson, refino de los datos estructurales, representación gráfica de los ficheros de resultados, generación de tablas de datos experimentales (posiciones atómicas, longitud de enlace, ángulos, parámetros de desplazamiento anisótropo) a partir de ficheros CIF y simulación y representación de modelos de polvo a partir de los datos de monocristal.

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Equipo cofinanciado por el Programa Operativo Integrado FEDER-FSE 2000-2006. Ministerio de Ciencia y Tecnología

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Requisitos de las muestras

• Las muestras deben entregarse adecuadamente etiquetadas, envasadas y acondicionadas para asegurar su identificación, integridad y conservacióndurante el transporte y garantizar la seguridad del personal que lo realiza.
• Las muestras han de ser monocristales homogéneos de un tamaño aproximado de 0.1 a 0.2 mm. a lo largo de las tres dimensiones, de formas regulares, con caras brillantes y con los bordes bien definidos. Es necesario proporcionar información sobre la estabilidad del cristal puesto que las muestras sensibles a la luz, aire o humedad, o bien susceptibles de sufrir pérdidas de disolvente de cristalización, requieren un tratamiento especial.
• Si se quiere determinar la configuración absoluta de algún centro quiral, tiene que haber en el compuesto al menos un átomo pesado con Z>14, o bien algún centro quiral cuya configuración sea conocida de forma inequívoca.

DICROISMO CIRCULAR

Fundamentos

La luz polarizada en un plano se puede descomponer en dos componentes polarizados circularmente en sentidos opuestos. Ambas componentes están en fase y son de la misma amplitud. Al pasar por un medio ópticamente activo, cada componente puede interactuar de manera diferente con los centros quirales de las moléculas presentes.

Si los índices de refracción del medio son distintos para cada componente, se produce un desfasamiento entre ellos que provoca la rotación del plano de polarización en un ángulo α, dándose un proceso de dispersión que se conoce como dispersión óptica rotatoria (DOR).

Si los componentes circularmente polarizados son absorbidos en diferentes grados por la sustancia, la luz que pasa a través de la misma estará polarizada elípticamente y se dice que la sustancia tiene dicroísmo circular (DC), magnitud expresada en unidades de elipticidad molecular (θ)

Tanto la dispersión óptica rotatoria como el dicroísmo circular varían con la longitud de onda, pudiéndose representar la rotación o elipticidad frente a la misma, obteniéndose espectros de estos fenómenos. Los espectros de dicroísmo circular se obtienen generalmente en las regiones del ultravioleta cercano (250 a 350 nm) y lejano (180 a 250 nm) de la radiación electromagnética.

Aplicaciones

• Determinación de la pureza óptica de compuestos orgánicos o organometálicos, tanto en disolución como sólidos (en pastilla de KBr)
• Determinación de la estructura secundaria de proteínas
• Estudios conformacionales de proteínas y péptidos
• Estudios de desnaturalización química o térmica de proteínas

Equipamiento

• Espectropolarímetro Jasco J-810 con lámpara de Xe de 150 W y equipado con un portamuestras y sistema de control de temperatura de tipo termoelectrico Peltier, modelo PTC-423S/L (rango de temperatura entre -10ºC y +110ºC cuando el agua de refrigeración está a 20ºC). El instrumento está controlado por el programa Spectra Manager, de Jasco.

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Equipo cofinanciado en un 80 % por el POICV 2000-206, de la Generalitat Valenciana

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Requisitos de las muestras

• Las muestras deben entregarse adecuadamente etiquetadas, envasadas y acondicionadas para asegurar su identificación, integridad y conservación durante el transporte y garantizar la seguridad del personal que lo realiza.
• La muestra deberá presentarse en disolución siendo la concentración la adecuada para el análisis. Si no se cumple este requisito, la unidad podrá actuar sobre la muestra (preparando la disolución y/o obteniendo la concentración adecuada de analito) en cuyo caso, previa aceptación del usuario, se procederá a facturar un importe en concepto de preparación de la muestra.
• La disolución del analito debe ser clara y estable en las condiciones de almacenamiento y análisis.
• Los disolventes y los tampones utilizados no deben interferir en la zona de medida del analito (ver documentación de la unidad).

ESPECTROSCOPÍA RAMAN

Fundamentos

Cuando un haz de luz monocromática incide sobre un conjunto de moléculas, el campo eléctrico oscilante de la radiación incidente provoca una oscilación de la densidad electrónica en la molécula, efecto que viene representado por la aparición de un momento dipolar eléctrico oscilante inducido, que actúa a su vez como fuente de radiación, originando las dispersiones Rayleigh (con la misma frecuencia que la radiación incidente) y Raman (con una variación en su frecuencia). La diferencia entre estas nuevas frecuencias (bandas Raman) y la frecuencia de la radiación original es característica de la molécula irradiada y numéricamente igual a algunas frecuencias de vibración y rotación de ésta.

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