Utente:AlePas97/Chimica Forense/Tecniche analitiche: differenze tra le versioni

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== Spettroscopia molecolare ==
 
LaLe spettroscopiatecniche spettroscopiche si basabasano sull'analisi della radiazione elettromagnetica assorbita, emessa o diffratta dalle molecole o dagli atomi quando subiscono delle transizioni tra i livelli di energiaenergetici. Le molecole e gli atomi esistono in stati discreti denominati livelli di energia. La frequenza ν della radiazione elettromagnetica associata ad una transizione tra due stati di energia ΔE è data dalla relazione:
 
::::::::::::::::::<math> \Delta E = h \nu </math>
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=== Spettroscopia infrarossa ===
 
TaleQuesta tecnica si basa sulla vibrazione interna delle molecole. lo spettro infrarosso viene ottenuto facendo inciderecolpire sulil campione da una radiazione infrarossa (o facendolo riflettere sulla sua superficie) e successivamente viene determinata la frazione di radiazione incidente assorbita ad una determinata energia. La banda in uno spettro di assorbimento corrisponde alla frequenza della vibrazione di una parte della molecola. Perché una una molecola mostri un assorbimento nell'infrarosso deve averepossedere una caratteristica specifica: il momento di dipolo elettrico della molecola deve cambiare durante la vibrazione. CiòQuesta caratteristica è conosciutoconosciuta come regola di selezione per la spettroscopia infrarossa.
 
Uno degli strumenti più utilizzati per la registrazione dello spettro infrarosso è lo spettrometro infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR). Dal momento che la regione dell'infrarosso più utilizzata è quella tra i 4000 e i 400 cm <sup>-1</sup> la maggior parte degli strumenti vengono settati per registrare in tale range. La radiazione uscente dalla sorgente viene fatta passare attraverso un interferometro, il quale produceproducendo un segnale che può essere matematicamente trasformato per produrrefornire rapidamente lo spettro richiesto. La radiazione interagisce col campione prima di raggiungere un detector. È possibile combinare tale tecnica con una tecnica di microscopia così da poter studiare dei campioni estremamente piccoli. È importante ricordare che la spettroscopia infrarossa permette di analizzare un gran range di tipologie di campioni. La spettroscopia a trasmissione, dove si misura l'assorbimento della radiazione dopo che questa passa nel campione, è il metodo tradizionale. Tramite l'utilizzo di questa tecnica si possono studiare solidi, liquidi e gas.
 
La spettroscopia infrarossa permette di analizzare un gran di tipi di campioni. Nella spettroscopia a trasmissione l'assorbimento della radiazione si misura dopo che questa passa attraverso il campione. L'uso di tale tecnica è molto comune in ambito forense in quanto non è distruttivo nei confronti del campione ed è possibile eseguirla anche fuori dal laboratorio. Nella spettroscopia a riflettanza totale attenuata (ATR) si fa aderire un cristallo sulla superficie del campione. In tale tecnica la radiazione penetra la superficie del campione., Lala profondità della penetrazione nell'ATR è una funzione della lunghezza d'onda, dell'indice di rifrazione del cristallo e dell'angolo della radiazione incidente. Il cristallo utilizzato in tale tecnica è fatto di un materiale che presenta una scarsa solubilità in acqua e possiede un elevatissimo indice di rifrazione. Fanno parte di questi materiali ZnSe, Ge e una miscela di bromuro e ioduro di tallio. Un'altra tecnica è la spettroscopia a riflettanza diffusa, molto usata per analizzare i campioni in polvere. La riflettanza diffusa è data dall'energia che penetra una o più particelle e viene riflessa in ogni direzione. I campioni possono essere analizzati tali e quali oppure miscelati con del KBr in polvere per aumentare la quantità di campione presente e quindi permettere l'analisi.
 
Lo spettro prodotto dalla spettroscopia IR mostra la % di trasmittanza, la % di assorbanza o la % di riflettanza come funzione della lunghezza d'onda. Le bande che si presentano in uno spettro IR possono essere collegate ai modi in cui vibra il campione in oggetto. Perchè una molecola presenti assorbimento IR deve verificarsi che il momento di dipolo elettrico presente al suo interno cambi durante la vibrazione. La vibrazione può coinvolgere anche la lunghezza del legame o l'angolo di legame. Alcuni legami possono stirarsi in fase (stretching simmetrico) oppure fuori fase (stretching asimmetrico). Uno spettro IR può essere diviso in 3 regioni principali: il lontano infrarosso (<400 cm <sup>-1</sup>), il medio infrarosso (4000- 400 cm <sup>-1</sup>) ed il vicino infrarosso (13000 - 4000 cm <sup>-1</sup>). Il più utilizzato nell'ambito forense è il medio infrarosso. Tale regione può essere divisa in varie sotto zone.
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=== Spettroscopia Raman ===
 
Si tratta di una tecnica chemolto consistesimile nelloall'IR, solitamente viene utilizzata come sua complementare. Si basa sullo studio di come vengono scatterate le radiazioni vengonoda scatterateparte dadi un campione. Molte delle radiazioni scatterate non cambiano la loro lunghezza d'onda (scattering di Rayleigh), una piccola parte invece subiscono un leggero incremento o decremento. Quando le lunghezze d'onda vengono aumentate il processo è conosciuto come Stokes Raman scattering, quando vengono diminuite il processo prende il nome di anti-Stokes Raman scattering. Lo scattering Raman delle molecole coinvolge le transizioni tra stati rotazionali o vibrazionali. Perché si verifichi la rotazione o la vibrazione molecolare devonosi deve causareavere un cambiamento in termini di polarizzabilità di un componente della molecola.
 
La sorgente di radiazioni utilizzata in uno spettrometro Raman può essere nella regione del vicino ultravioletto, nel visibile o nel vicino infrarosso. Bisogna fare attenzione quando si sceglie la sorgente in quanto si potrebbe verificare il fenomeno della fluorescenza, per minimizzarlaminimizzarlo bisogna utilizzare una sorgente a più alta lunghezza d'onda (nel vicino infrarosso). La luce scatterata proveniente dal campione passa attraverso una serie di lenti ottiche focalizzatrici e di raccolta. Si utilizza un filtro ottico per respingere le luce Rayleigh scatterata,. quelloQuello che rimane viene mandato al detector.
 
La microscopia Raman è uno strumento molto utile in chimica forense in quando permette di ottenere spettri del campione con una risoluzione spaziale di pochi micron. Solitamente si combina un microscopio con uno spettrometro. Il campione viene posizionato nel porta-campione del microscopio, viene illuminato da una luce bianca e viene messo a fuoco tramite l'utilizzo dell'obiettivo. Viene successivamente spenta la lampada e la radiazione proveniente dalla sorgente viene direzionata ad un oggetto che separare le lunghezze d'onda. La luce scatterata dal campione viene raccolta dall'obiettivo e mandata allo spettrofotometro. Esistono diverse tecniche di risonanza Raman ad esempio la spettroscopia Raman di Risonanza (RRS) o la spettroscopia Raman a superficie migliorata (SERS).
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Tale tecnica coinvolge l'analisi delle transizioni elettroniche associate all'assorbimento nell'UV (180 - 390 nm) e nel visibile (390 - 780 nm). L'energia associata a queste regioni è in grado di promuovere un elettrone esterno di una molecola presente in un dato livello di energia ad un livello energetico più alto. La parte della molecola coinvolta nella transizione elettronica è denominata cromofora. Il tipo di transizione risultante da un assorbimento UV-vis consiste nell'eccitazione di un elettrone dall'orbitale molecolare occupato più alto all'orbitale molecolare non occupato più basso.
 
Uno spettrofotometro UV-vis è costituito da una sorgente di radiazioni, uno scomparto contenente il campione, un elemento disperdente e un detector. Spesso sono presenti due sorgenti luminose: una lampada a deuterio per la luce UV e una lampada a tungsteno. Lo spettrometro a singolo raggio UV-vis è settato in modo tale che lo spettro della soluzione di riferimento sia misurato per primo, seguito poi dalla misura del campione di interesse. Nello spettrometro a doppio raggio le luci vengono separate in due fasci paralleli passanti in due celle differenti dove in una è presente il solvente di riferimento mentre l'altra cella contiene il campione da analizzare. Tali celle sono solitamente fatte in quarzo o vetro, con solitamente 1 cm di lunghezza). Dal momento che in chimica forense ci si trova spesso a dover maneggiare campione in quantità molto limitata, questi vengono esaminati utilizzando un microspettrofotometro UV-vis (MSP).
 
Solitamente si esaminano soluzioni diluite nella spettroscopia UV-vis e l'intensità della luce trasmessa è relazionata alla concentrazione della molecola assorbente tramite la legge di Lambert-Beer:
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=== Spettroscopia di fluorescenza ===
 
LaIl fenomeno della fluorescenza viene usatautilizzato in ambito forense comenelle tecnicatecniche spettroscopicaspettroscopiche conosciutaconosciute comecon il nome di spettroscopia di fluorescenza, fluorimetria o spettrofluorimetria. Durante la fluorescenza le collisioni molecolari fanno si che la molecola eccitata perda energia vibrazionale fino a raggiungereraggiungerne il più basso livello di energia vibrazionale. A questo punto le molecole rilasciano un fotone con energia pari alla differenza tra il livello vibrazionale più basso e lo stato fondamentale. Usando tale tecnica si possono analizzare molecole aromatiche o presentanti atomi di carbonio coniugati. Nel fluorimetro lo spettro si misura guardando l'emissione ad angoli di 90° rispetto alla direzione dell'eccitazione. La luce impattante sul campione viene selezionata mediante un monocromatore, un secondo monocromatore è usato poi utilizzato per controllare la luce emessa dal campione lavorando nel range che va dalla lunghezza d'onda di eccitazione fino aalle lunghezze d'onda più elevate.
 
Lo spettro di emissione è un insieme di intensità di luce emessa come funzioni delle lunghezze d'onda. La lunghezza d'onda di massima intensità è spesso utilizzata per scopi identificativi. Una problematica di questa tecnica è che le molecole a dare il fenomeno di fluorescenza sono molte poche. Ciò si può usare anche come vantaggio perché si possono analizzare materiali contenenti diverse molecole di cui solo poche danno fenomeno di fluorescenza.