Espectroscopía de Microondas: Resumen Histórico

Espectroscopía de Microondas: Resumen Histórico

• La espectroscopía de microondas (MW) surgió después de la Segunda Guerra Mundial, aprovechando componentes de los sistemas de radar.
• Científicos como E.B. Wilson (Harvard), C.H. Townes (U. California), A.L. Schawlow (Stanford) y W. Gordy (Duke University) fueron pioneros en el campo.
• Las técnicas experimentales se desarrollaron a lo largo del tiempo, incluyendo la modulación Stark, las técnicas de dominio de tiempo (FTMW) y la ablación láser.
• La región de microondas se encuentra entre las ondas de radiofrecuencia y el infrarrojo lejano en el espectro electromagnético.
• Se utiliza para estudiar las rotaciones moleculares.

Espectros de Rotación

• Se estudian las rotaciones moleculares.
• Las moléculas se clasifican según su simetría (diatómicas, lineales, trompos simétricos, trompos asimétricos, esféricas).
• Los espectros de rotación muestran transiciones entre niveles energéticos rotacionales.
• La intensidad de las transiciones está relacionada con la población de los niveles y con la presencia de un momento dipolar eléctrico.
• La precisión en la medida de frecuencias y el poder de resolución son altos en esta técnica.
• Las bajas presiones son importantes, ya que reducen las colisiones entre moléculas.
• Se utilizan técnicas de modulación y detección muy sensibles.

Información Experimental en Microondas

• Las presiones deben ser bajas (inferiores a 25 mTorr).
• Se utiliza la región centimétrica, milimétrica y submilimétrica de las microondas.
• La anchura de línea en MW es muy pequeña en comparación con otras técnicas espectroscópicas.
• Se requiere alta resolución y precisión en la medición de frecuencias.

Aplicaciones de la Espectroscopía de Microondas

• Se utiliza para determinar la estructura molecular (diatómicas y sistemas con más de tres átomos).
• Se permite obtener importantes datos de la estructura y de las constantes de rotación (momentos de inercia).

Espectro de Rotación Molecular (Rotor Rígido)

• El rotor rígido asume que las moléculas giran en el espacio sin que haya cambios en las distancias de enlace.
• Se obtienen las constantes de rotación (A, B, C) y las estructuras de equilibrio (re).
• Se utiliza el tensor de inercia.
• El rotor rígido es una aproximación que falla a altos niveles de rotación por la distorsión centrífuga.

Distorsión Centrífuga

• Es un efecto que modifica el momento de inercia a altos niveles rotacionales.
• Se produce por el alargamiento de los enlaces a medida que aumenta la velocidad de rotación.
• Para los casos en los que se necesita mayor precisión que el caso del rotor rígido, se requiere el concepto de rotor semirrígido.
• Los espectros de rotación experimentales muestran ligeros desplazamientos en la frecuencia debidos a esta distorsión centrífuga.

Espectroscopía FT-MW

• Los espectrómetros FT-MW transforman las señales de dominio del tiempo a dominio de frecuencia mediante la transformada de Fourier.
• Se utiliza para medir los espectros de rotación con una mayor sensibilidad que las técnicas tradicionales.

Técnicas Experimentales: Modulación de Stark

• La modulación Stark se basa en la aplicación de campos eléctricos para modular la absorción de microondas.
• Permite una mayor sensibilidad en la detección de transiciones rotacionales.
• Se utiliza en campos más fuertes para separar espectros de señales de alta intensidad.

Técnicas Experimentales: Detección Sensible a la Fase

• Se utiliza en las técnicas de medida de señales débiles en presencia de ruido.
• La señal de interés se convierte en una señal modulada en amplitud que se amplifica y demodula con un amplificador lock-in.

Técnicas de Excitación Pulsada (Dominio del Tiempo)

• Las excitaciones pulsadas permiten medir espectros con mayor sensibilidad.
• Permiten la adquisición de datos y el análisis de la relajación de la molécula.
• Mejoran la precisión a bajas presiones.
• Se requiere una conversión del dominio del tiempo al dominio de frecuencias.
• Utilizada para moléculas inestables en fase gaseosa, con presencia de isótopos y/o vibraciones.

Aplicaciones en Sistemas Moleculares

• Espectroscopía combinada con técnicas de chorro supersónico para el rápido enfriamiento, lo que simplifica el análisis de espectros y es útil para especies inestables.
• Las muestras se vaporizan y se inyectan en la fuente para obtener sus espectros.
• Se puede obtener información de equilibrio termodinámico.
• La información molecular de los sistemas se puede separar en los distintos confórmeros (conformación espacio).
• Es efectivo para sistemas con baja presión o inestables.

Este cuestionario explora la evolución de la espectroscopía de microondas desde sus inicios después de la Segunda Guerra Mundial. Se destacan los aportes de científicos clave y las técnicas experimentales utilizadas para investigar las rotaciones moleculares. ¡Pon a prueba tus conocimientos sobre este fascinante campo de la física!