Spettroscopia dielettrica

La spettroscopia dielettrica è un tipo di spettroscopia dell'impedenza che misura i beni dielettrici di un sistema in funzione di frequenza. Il campo esterno interagisce con il momento di dipolo del campione che è espresso come sua costante dielettrica.

La spettroscopia dielettrica può anche essere usata per caratterizzare i sistemi elettrochimici misurando l'impedenza del sistema. L'impedenza è l'opposizione ad un flusso di corrente alternata.

La spettroscopia dielettrica può usare una serie di meccanismi, secondo la risposta del sistema al campo applicato. Quando un campo si applica ad un atomo neutro, sposta la densità di elettrone dell'atomo. Ciò è chiamata polarizzazione elettronica. Altri meccanismi che possono essere usati per la misura sono polarizzazione atomica, rilassamento del dipolo, rilassamento ionico e rilassamento dielettrico.

Microplate del laboratorio pronto per la lettura di spettroscopia. Credito di immagine: Schlyx/Shutterstock

 

 

Microplate del laboratorio pronto per la lettura di spettroscopia. Credito di immagine: Schlyx/Shutterstock

Usi per la spettroscopia dielettrica

La spettroscopia dielettrica è utilizzata estesamente nello studio delle superfici e dei rivestimenti e nella rilevazione della corrosione. La spettroscopia di rilassamento dielettrico (DRS) è comunemente usata per lo studio delle superfici. Il rilassamento dielettrico è causato tramite il movimento dei dipoli e delle cariche elettriche nell'ambito di un campo alternante applicato. Questi meccanismi tendono ad essere relativamente lenti. In un tipo di applicazione, il DRS è usato per osservare la dinamica molecolare di piccoli campioni del polimero del volume e degli strati monomolecolari auto-montati. La tecnica può individuare i moti quali i riorientamenti e le rotazioni delle molecole nel campione. Gli elettrodi di Interdigitated (IDEs) sono utilizzati per effettuare le misure.

Un altro esempio di un'applicazione di DRS è uno studio sulle soluzioni acquose di KCl e di CsCl. Lo studio ha dato le nuove comprensioni nell'interazione degli elettroliti con il solvente. Gli spettri hanno mostrato una diminuzione nel tempo di rilassamento dell'massa-acqua con l'aumento delle concentrazioni di elettroliti ed erano proporzionali alla densità della superficie-tassa del catione.

Struttura dell'acqua

In un altro studio sulla dinamica dell'acqua, la spettroscopia dielettrica è stata usata per misurare le costanti dielettriche delle soluzioni di glucosio da da 0,5 gigahertz e 12 THz. L'analisi degli spettri risultanti ha indicato che le molecole circostanti idratate del glucosio dell'acqua si comporta in una dispersione mono-modale di relaxational con 2-3 volte di rilassamento più lente di volte che l'acqua in serie imperturbabile e con un numero di idratazione di circa 20. Gli spettri egualmente hanno rivelato la presenza di altre specie di acqua con le strutture idrogeno-tenute da adesivo tetraedriche distorte dell'acqua e gli aumenti nella proporzione relativa di molecole di acqua non idrogeno tenute da adesivo. Hanno concluso che legami idrogeni di destructure dei soluti del saccaride.

Movimento della proteina

La spettroscopia dielettrica può anche rispondere alle domande circa i moti di basso ampiezza delle proteine. Questi modi vibratorii si presentano sul picosecondo alla cronologia genealogica di nanosecondo. In uno studio, uno spettrometro dielettrico è stato utilizzato per misurare la risposta delle soluzioni del lisozima sopra un intervallo di 65 - 700 gigahertz. Hanno trovato che ogni molecola di lisozima è circondata da un livello di molecole di acqua che si comportano come se fossero una parte integrante della proteina. I modelli di calcolo della dinamica della proteina hanno paragonato male ai risultati sperimentali.

La spettroscopia dielettrica egualmente ha applicazioni nelle sanità e nella medicina, in cui è conosciuto come analisi bioelectrical dell'impedenza. È la più nota come metodo per la misurazione della composizione corporea, compreso l'acqua dal corpo intero ed il Massachusetts libero del grasso.

Sorgenti

  1. Spettroscopia di rilassamento dielettrico, https://www.physics.ncsu.edu/clarke/research/ds.html
  2. Spettroscopia dielettrica delle soluzioni acquose di KCl e di CsCl, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp026429p
  3. Spettroscopia dielettrica delle proteine come prova sperimentale quantitativa dei modelli di calcolo dei loro moti armonici a bassa frequenza, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja200566u
  4. Spettroscopia dielettrica a banda larga della soluzione acquosa del glucosio: analisi dello stato di idratazione e della rete del legame idrogeno, https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4922482?journalCode=jcp

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Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Catherine Shaffer

Written by

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer is a freelance science and health writer from Michigan. She has written for a wide variety of trade and consumer publications on life sciences topics, particularly in the area of drug discovery and development. She holds a Ph.D. in Biological Chemistry and began her career as a laboratory researcher before transitioning to science writing. She also writes and publishes fiction, and in her free time enjoys yoga, biking, and taking care of her pets.

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