A espectroscopia dieléctrica é um tipo de espectroscopia da impedância que mede as propriedades dieléctricas de um sistema em função da freqüência. O campo externo interage com o momento de dipolo da amostra que é expressada como sua permitividade.
A espectroscopia dieléctrica pode igualmente ser usada para caracterizar sistemas eletroquímicos medindo a impedância do sistema. A impedância é a oposição a um fluxo da corrente alternada.
A espectroscopia dieléctrica pode utilizar um número de mecanismos, segundo a resposta do sistema ao campo aplicado. Quando um campo é aplicado a um átomo neutro, desloca a densidade de elétron do átomo. Isto é chamado polarização eletrônica. Outros mecanismos que podem ser usados para a medida são polarização atômica, abrandamento do dipolo, abrandamento iónico, e abrandamento dieléctrico.
Microplate do laboratório pronto para a leitura da espectroscopia. Crédito de imagem: Schlyx/Shutterstock
Usos para a espectroscopia dieléctrica
A espectroscopia dieléctrica é usada extensivamente no estudo das superfícies e dos revestimentos, e em detectar a corrosão. A espectroscopia do abrandamento dieléctrico (DRS) é de uso geral para estudar superfícies. O abrandamento dieléctrico é causado pelo movimento dos dipolos e de cargas elétricas sob um campo alterno aplicado. Estes mecanismos tendem a ser relativamente lentos. Em um tipo de aplicação, o afastamento cilindro/rolo é usado para observar a dinâmica molecular de amostras pequenas do polímero do volume e de monolayers auto-montados. A técnica pode detectar movimentos tais como reorientações e rotações das moléculas na amostra. Os eléctrodos de Interdigitated (IDEs) são usados para fazer as medidas.
Um outro exemplo de uma aplicação do afastamento cilindro/rolo é um estudo de soluções aquosas de KCl e de CsCl. O estudo deu introspecções novas na interacção dos eletrólitos com o solvente. Os espectros mostraram uma diminuição no tempo de abrandamento da volume-água com concentrações crescentes de eletrólitos, e foram proporcionais à densidade da superfície-carga do cation.
Estrutura da água
Em um outro estudo da dinâmica da água, a espectroscopia dieléctrica foi usada para medir as constantes dieléctricas de soluções de glicose de 0,5 gigahertz e 12 THz. A análise dos espectros resultantes mostrou que as moléculas circunvizinhas hidratadas da glicose da água se comportam em uma dispersão mono-modal do relaxational com 2-3 vezes de abrandamento mais lentas das épocas do que a água maioria frio e com um número da hidratação de aproximadamente 20. Os espectros igualmente revelaram a presença da outra espécie de água com estruturas hidrogênio-ligadas tetrahedral distorcidas da água, e aumentos na proporção relativa de moléculas de água não-hidrogênio-ligadas. Concluíram que ligações de hidrogênio do destructure dos solutes do sacárido.
Movimento da proteína
A espectroscopia dieléctrica pode igualmente responder a perguntas sobre movimentos da baixo-amplitude das proteínas. Estes modos vibracionais ocorrem no picosegundo à escala de tempo do nanossegundo. Em um estudo, um espectrómetro dieléctrico foi usado para medir a resposta de soluções do lysozyme sobre uma escala de 65 a 700 gigahertz. Encontraram que cada molécula do lysozyme está cercada por uma camada de moléculas de água que se comportam como se são uma parte integrante da proteína. Os modelos computacionais da dinâmica da proteína compararam deficientemente com os resultados experimentais.
A espectroscopia dieléctrica igualmente tem aplicações na saúde humana e na medicina, onde se sabe como a análise bioelectrical da impedância. É a mais conhecida como um método para medir a composição do corpo, incluindo a água total do corpo e a massa gorda livre.
Fontes
- Espectroscopia do abrandamento dieléctrico, https://www.physics.ncsu.edu/clarke/research/ds.html
- Espectroscopia dieléctrica de soluções aquosas de KCl e de CsCl, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp026429p
- Espectroscopia dieléctrica das proteínas como um teste experimental quantitativo de modelos computacionais de seus movimentos de harmónico de baixa frequência, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja200566u
- Espectroscopia dieléctrica de faixa larga da solução aquosa da glicose: análise do estado da hidratação e da rede da ligação de hidrogênio, https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4922482?journalCode=jcp
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