TÉCNICAS
RAMAN
La espectroscopia RAMAN es la técnica que debemos incorporar para obtener información cualitativa en tiempo real en el interior del reactor en la cámara MARTE. La ventaja de esta técnica con respecto a la espectroscopia infrarroja es que podemos obtener resultados con muestras acuosas, siendo la principal desventaja obtener unos resultados altamente reproducibles, ya que la señal a medir va a ser muy pequeña.

Una de las aplicaciones más conocidas es la espectroscopia Raman se emplea en el análisis de los materiales. La frecuencia de la luz dispersada de una molécula puede ser cambiada según las características estructurales de los enlaces moleculares. Se requiere para estos casos la iluminación de una fuente de luz monocromática (láser), y el espectrograma de la luz dispersada mostrará las desviaciones causadas los cambios de estados en las moléculas.

El reto tecnológico del proyecto MPSL está en poder acoplar un espectrómetro RAMAN al interior del reactor y de que seamos capaces de obtener información de la evolución de las muestras en función del tiempo, sin necesidad de abrir el reactor y analizar las muestras ex-situ.

El efecto Raman corresponde en la teoría de perturbaciones de la mecánica cuántica, a la absorción y consecuente emisión de un fotón mediante cambio de estado intermedio de un electrón, pasando por un estado virtual. Existiendo las siguientes posibilidades:

  • No existe intercambio de energía entre los fotones incidentes y las moléculas (y por lo tanto no existe efecto Raman)
  • Los cambios de energía ocurren entre los fotones incidentes y las moléculas. Las diferencias de energía son iguales a las diferencias de los estados vibracionales o rotacionales de la molécula. En los cristales sólo ciertos fonones son admitidos (las soluciones de las ecuaciones de onda hacen que se cancelen unos con otros) por la estructura cristalina, de esta forma el efecto de dispersión Raman puede sólo aparecer a ciertas frecuencias. Por ejemplo, en los materiales amorfos como los vidrios, se permiten más fonones y por lo tanto los estados discretos admitidos son más amplios.
  • Las moléculas absorben la energía: a esto se le denomina dispersión Stokes. El fotón resultante es de inferior frecuencia y genera una línea de Stokes en el lado rojo del espectro incidente.
  • La molécula pierde energía: dispersión anti-Stokes. Los fotones incidentes son desplazados a frecuencias más elevadas (azul) del espectro, y generan por lo tanto una línea que se denomina anti-Stokes.
El efecto Raman se produce cuando la luz incide sobre una molécula e interactúa con la nube de electrones de los átomos de esa molécula. El fotón incidente excita uno de los electrones a un estado virtual. La molécula se excita desde el estado basal a un estado de energía virtual, y se relaja a un estado vibracional excitado, lo que genera la dispersión de Raman Stokes. Si la molécula ya se encontraba en un estado elevado de energía vibracional, la dispersión Raman se llama entonces dispersión Raman anti-Stokes.
El proyecto MPSL (Mimicking Planetary Subsoil in the Laboratory) es un proyecto del plan nacional de investigación del MICIN con financiación desde el 1-9-2021 hasta el 31-8-2024. Código de proyecto: FIS2020-XXXXX-GC