Espectroscopia dieléctrica

La espectroscopia dieléctrica es un tipo de espectroscopia de la impedancia que mida las propiedades dieléctricas de un sistema en función de frecuencia. El campo externo obra recíprocamente con el momento de dipolo de la muestra que se expresa como su constante dieléctrica.

La espectroscopia dieléctrica se puede también utilizar para caracterizar sistemas electroquímicos midiendo la impedancia del sistema. La impedancia es la oposición a un flujo de la corriente alternada.

La espectroscopia dieléctrica puede hacer uso de varios mecanismos, dependiendo de la reacción del sistema al campo aplicado. Cuando un campo se aplica a un átomo neutral, disloca la densidad de electrón del átomo. Esto se llama polarización electrónica. Otros mecanismos que se pueden utilizar para la medición son polarización atómica, relajación del dipolo, relajación iónica, y relajación dieléctrica.

Microplate del laboratorio listo para la lectura de la espectroscopia. Haber de imagen: Schlyx/Shutterstock

 

 

Microplate del laboratorio listo para la lectura de la espectroscopia. Haber de imagen: Schlyx/Shutterstock

Aplicaciones para la espectroscopia dieléctrica

La espectroscopia dieléctrica se utiliza extensivamente en el estudio de superficies y de capas, y en descubrir la corrosión. La espectroscopia de la relajación dieléctrica (DRS) es de uso general para estudiar superficies. La relajación dieléctrica es causada por el movimiento de dipolos y de cargas eléctricas bajo campo de alternancia aplicado. Estos mecanismos tienden a ser relativamente lentos. En un tipo de uso, la DRS se utiliza para observar la dinámica molecular de las pequeñas muestras del polímero del volumen y de las capas monomoleculares uno mismo-montadas. La técnica puede descubrir movimientos tales como reorientaciones y rotaciones de moléculas en la muestra. Los electrodos de Interdigitated (IDEs) se utilizan para hacer las mediciones.

Otro ejemplo de un uso de la DRS es un estudio de soluciones acuosas del KCl y de CsCl. El estudio dio nuevos discernimientos en la acción recíproca de los electrólitos con el disolvente. Los espectros mostraron una disminución del tiempo de relajación del bulto-agua con el aumento de concentraciones de electrólitos, y eran proporcionales a la densidad de la superficie-carga del catión.

Estructura del agua

En otro estudio de la dinámica del agua, la espectroscopia dieléctrica fue utilizada para medir las constantes dieléctricas de las soluciones de glucosa a partir de 0,5 gigahertz y 12 THz. El análisis de los espectros resultantes mostró que las moléculas circundantes hidratadas de la glucosa del agua se comportan en una dispersión mono-modal del relaxational con 2-3 veces de relajación más lentas de las épocas que el agua a granel imperturbada y con un número de la hidración de cerca de 20. Los espectros también revelaron la presencia de la otra especie de agua con las estructuras hidrógeno-bajo fianza tetraédricas torcidas del agua, y aumentos en la proporción relativa de moléculas de agua no-hidrógeno-bajo fianza. Concluyeron que las ligazones de hidrógeno del destructure de los solutos del sacárido.

Movimiento de la proteína

La espectroscopia dieléctrica puede también contestar a preguntas sobre movimientos de la inferior-amplitud de proteínas. Estas maneras vibratorias ocurren en el picosegundo escala de tiempo del nanosegundo. En un estudio, un espectrómetro dieléctrico fue utilizado para medir la reacción de las soluciones de la lisozima sobre un alcance de 65 a 700 gigahertz. Encontraron que cada molécula de la lisozima es rodeada por una capa de las moléculas de agua que se comportan como si sean una parte integrante de la proteína. Los modelos de cómputo de la dinámica de la proteína compararon mal con los resultados experimentales.

La espectroscopia dieléctrica también tiene usos en salud humana y el remedio, donde se conoce como análisis bioelectrical de la impedancia. Es la más conocida como método para medir la composición de la carrocería, incluyendo el agua de cuerpo entero y Massachusetts libre de la grasa.

Fuentes

  1. Espectroscopia de la relajación dieléctrica, https://www.physics.ncsu.edu/clarke/research/ds.html
  2. Espectroscopia dieléctrica de soluciones acuosas del KCl y de CsCl, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp026429p
  3. Espectroscopia dieléctrica de proteínas como prueba experimental cuantitativa de los modelos de cómputo de sus movimientos armónicos de baja fricción, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja200566u
  4. Espectroscopia dieléctrica de banda ancha de la solución acuosa de la glucosa: análisis del estado y de la red de la ligazón de hidrógeno, https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4922482?journalCode=jcp de la hidración

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Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Catherine Shaffer

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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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