¿Qué es la Espectroscopia con Resolución Temporal?
En la espectroscopia con resolución temporal, se induce una reacción química irradiando una muestra con un láser pulsado o mezclando instantáneamente dos muestras en solución, y los cambios resultantes de la reacción se detectan mediante emisión espectral o luz transmitida (absorbancia). La técnica va seguida de una medición rápida resuelta en el tiempo.
El intervalo de tiempo de medición varía ampliamente en función de la reacción investigada, desde femtosegundos (10 a la -15ª potencia de un segundo) hasta segundos.
El método de iniciación de la reacción, el principio de medición y la configuración del instrumento también varían mucho en función del tiempo de medición.
Además, dependiendo de la región de longitud de onda (región de energía) en la que se observe la luz emitida o transmitida, existen diferentes tipos de fuentes de luz y detectores, así como diferentes formas de utilizarlos.
Por lo tanto, los productos de espectroscopia con resolución temporal están diseñados específicamente para uno de los rangos de tiempo y longitud de onda.
Usos de la Espectroscopia con Resolución Temporal
La espectroscopia con resolución temporal no es invasiva porque tanto la luz de excitación como la de observación son ópticas. Con la luz láser como fuente luminosa, la luz puede recorrer una gran distancia, por lo que la fuente láser puede instalarse lejos de la unidad principal o, en función del dispositivo de medición, pueden utilizarse fuentes láser ya existentes, como las del laboratorio.
La mayoría de los productos disponibles en el mercado utilizan luz UV o visible como luz de excitación y luz UV, visible o infrarroja cercana como luz de observación, pero puede ser posible construir sistemas que utilicen un haz de electrones como luz de excitación o luz infrarroja o radiación sincrotrón como luz de observación personalizando el sistema.
Características de la Espectroscopia con Resolución Temporal
En la espectroscopia con resolución temporal, las reacciones químicas suelen pasar por intermedios transitorios cuando se producen productos, y la identificación de los intermedios proporciona una comprensión correcta de la reacción y, por tanto, una pauta para mejorar las moléculas utilizadas como materiales para la reacción. Los intermediarios pueden estimarse e identificarse a partir de los espectros de emisión y absorción transitorios.
La velocidad de reacción no sólo es un indicador del grupo de sustancias cuya reactividad se va a comparar, sino que el orden temporal también da una indicación del tipo de reacción.
Por ejemplo, existen reacciones intramoleculares e intermoleculares, y en el caso de las reacciones intermoleculares, pueden determinarse diversos parámetros de reacción, como la energía activa o la constante de velocidad secundaria, a partir de la dependencia de la velocidad con la temperatura y la concentración.
Además, el análisis detallado de los cambios espectrales multicomponente también puede proporcionar información sobre el mecanismo de reacción.
Tipos de Productos de Espectroscopia con Resolución Temporal
Existen varios tipos de productos de espectroscopia con resolución temporal, en función del método de detección y de la región temporal de interés.
1. Productos para la Detección de Luminiscencia
Cuando una muestra emite luz, se mide el tiempo de vida de la luminiscencia, ya que el tiempo de vida de la luminiscencia indica las propiedades físicas de la muestra.
La luminiscencia puede dividirse a grandes rasgos en fluorescencia en el orden de los nanosegundos y fosforescencia en el orden de los microsegundos y milisegundos, y dado que las técnicas de medida difieren, existen dispositivos que pueden medir ambas y dispositivos dedicados a una u otra.
2. Productos para la Detección de la Transmitancia
En las muestras en las que la transmitancia (absorbancia) cambia a gran velocidad debido a la irradiación de luz pulsada, etc., pueden observarse cambios transitorios en la muestra utilizando una fuente de luz para controlar los cambios.
Este método de espectroscopia con resolución temporal de la luz transmitida también se conoce como absorción transitoria.
Las técnicas de medición de femtosegundos a picosegundos se denominan métodos de bomba y sonda, mientras que las técnicas de medición más lentas que los nanosegundos se denominan métodos de fotólisis flash.
En el método de bomba y sonda, una etapa de retardo crea una diferencia de tiempo entre la luz de excitación y la luz observada, y la luz observada se mide mediante un detector lento.
Los métodos de fotólisis flash, por otro lado, utilizan una fuente de luz continua y un detector rápido.
Recientemente, el método RIPT, que une estos intervalos de tiempo, también se está generalizando, pero utiliza un método de detección único.
Como las técnicas de medición difieren mucho en función del intervalo de tiempo, es necesario seleccionar un dispositivo en función del intervalo de tiempo de la reacción en cuestión.
En la mayoría de los casos, se utiliza un láser pulsado para inducir una fotorreacción, pero otro método rápido resuelto en el tiempo es el de flujo detenido, en el que se mezclan dos soluciones para iniciar una reacción y se observan cambios de milisegundos. En este caso, se requiere un dispositivo de mezcla especial para completar la mezcla de forma instantánea.
Métodos de Medición de la Espectroscopia con Resolución Temporal
Las mediciones típicas con resolución temporal son macroscópicas y requieren muestras homogéneas.
En los instrumentos de tiempo de vida de emisión, las soluciones transparentes, así como las soluciones en suspensión, los polvos y las películas finas pueden medirse tal cual.
En cambio, los instrumentos de absorción transitoria, que miden la luz transmitida, suelen medir soluciones transparentes y películas finas muy transmisivas. Algunos productos también pueden medir muestras brillantes por reflexión directa y polvos por reflexión difusa.
Como la temperatura de la muestra también es importante en las mediciones de velocidad de reacción, normalmente se puede instalar una unidad de temperatura controlada.
Tenga en cuenta que la presencia de oxígeno suele afectar a la velocidad de reacción y puede requerir la desgasificación mediante la sustitución del gas argón u otros métodos.