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Title in Portuguese: Espalhamento Raman polarizado em cristais de L-arginina.HCl:H2O e estudo da L-arginina.2H2O sob altas pressões e sob altas temperaturas
Author: Gonçalves, Ricardo Oliveira
Advisor(s): Freire, Paulo de Tarso Cavalcante
Keywords: Espectroscopia de Raman
Aminoácidos
Transição de fase
Raman spectroscopy
Phase transitions
Issue Date: 2012
Citation: GONÇALVES, R. O. Espalhamento Raman polarizado em cristais de L-arginina.HCl:H2O e estudo da L-arginina.2H2O sob altas pressões e sob altas temperaturas. 2012. 127 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: Esta Tese teve como objetivo o estudo por meio de espectroscopia Rama de dois cristais contendo o aminoácido L-arginina em sua constituição: a L-arginina monohidratada clorohidrato (LARHCL) e a L-arginina dihidratada (LARDH). Na primeira parte do trabalho foram discutidos aspectos estruturais gerais da LARHCL e da LARDH, em particular a distribuição dos modos normais do material em termos das representações irredutíveis do grupos fatores C2 e D2, respectivamente. Foi realizado um estudo detalhado dos modos normais de vibração da LARHCL à temperatura ambiente através de espesctroscopia Raman polarizada observando-se os modos normais de vibração do material em nove diferentes geometrias de espalhamento. Com o auxílio de cálculo ”ab initio” foi feita a classificação tentativa dos modos normais de vibração da LARHCL ativos no Raman. Numa outra etapa do trabalho analisou-se os espectros Raman da LARDH sob diversas condições de temperatura e de pressão. Realizou-se um estudo dos modos normais do cristal de LARDH através da espectroscopia Raman no intervalo entre 300 e 2000C. Deste estudo observou-se a existência de algumas anomalias nos espectros Raman, como mudança de inclinação de curvas dw/dT para modos de baixa frequência em torno de 45oC, além do fato de que a partir de 50oC algumas bandas vão perdendo intensidade. Estes fatos foram interpretados como uma transição de fase sofrida pelo cristal entre 45o e 50oC. Observou-se que os espectros Raman entre 450 e 60oC eram diferentes dos espectros Raman para T < 45oC e para T > 60oC sugerindo a coexistência de fases neste intervalo de temperatura. Uma outra hipótese foi que o cristal sofreria uma transição de fase em 45oC, ficando nesta fase até a temperatura de 60oC. Foram realizadas medidas térmicas do tipo análise térmica diferencial (DTA) e análise termogravimétrica (TG). Da análise de DTA observou-se que entre 45o e 50oC começa um evento endotérmico que se prolonga até cerca de 84oC. A seguir, um segundo evento endotérmico se inicia, prolongando-se até 109oC. Com o auxílio das medidas de TG compreendeu-se que estes dois eventos endotérmicos estão associados à expulsão das moléculas de água, embora uma pequena quantidade permaneça no cristal como demonstrado pela espectroscopia Raman. Como parte final do trabalho estudou-se cristais de LARDH sob condições de altas pressões até cerca de 8 GPa. Deste estudo inferiu-se pela análise da região dos modos externos, que o cristal sofre uma transição de fase em torno de 2,5 GPa. Entretanto, para pressões no intervalo entre 2,5 e 8,0 GPa nenhuma outra transição de fase foi percebida, o que aponta para uma grande estabilidade do cristal quando comparado a outros cristais hidratados de aminoácidos. Além disso, nas regiões dos modos internos não foram observadas grandes mudanças nos espectros Raman, sugerindo que a transição de fase com a pressão seja do tipo conformacional.
Abstract: The objective of this Thesis is the study through Raman spectroscopy of two crystals containing amino acid L-arginine: L-arginine monohydrated hydrochloride (LARHCL) and L-arginine dihidrated (LARDH). In the first part of the work it was presented structural and vibrational aspects of LARHCL and LARDH, particularly the distribution of normal modes in terms of the irreducible representations of factor groups C2 and D2, respectively. The room temperature normal modes of LARHCL observed through polarized Raman spectroscopy using nine different scattering geometries was presented. Using ab initio calculations it was possible to tentatively assign the Raman-active normal modes of LARHCL. In another part of the work it is presented the analysis of Raman spectra of LARDH under several temperature and pressure conditions. It was studied the normal modes of LARDH crystal through Raman spectroscopy in the range between 30 oC and 200 oC. From this study it was observed the occurrence of anomalies in the Raman spectra, such as change in the curves dw/dT related to modes of low frequency (at about 45 oC), as well as the fact that, starting from 50 oC, in a heating process, some bands decrease intensity. Such a picture suggested that LARDH crystal undergoes a phase transition between 45o and 50oC. Also, it was possible to note that the spectra recorded between 45o and 60oC were different from those recorded for T < 45oC and for T > 60oC suggesting the coexistence of phases in this temperature interval. Another hypothesis was that the crystal undergoes a phase transition at 45oC, remaining in this phase up to the temperature of 60oC. Additionally, it was possible to perform thermal analysis measurements, differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetric analysis (TG). From the DTA it was observed that between 45o and 50oC begins an endothermic event that is observed up to 84oC. A second endothermic event begins and remains up to 109oC. By using TG data it was possible to understand that these two events are related to water that left the crystal, although a small quantity remains in the crystal, as pointed out by Raman spectroscopy. In the final part of the work LARDH crystal under high pressure conditions was studied up to 8 GPa. From this study, in particular the analysis of external modes, it was revealed that the crystal undergoes a phase transition at ~ 2,5 GPa. However, for pressures between 2,5 and 8,0 GPa no additional phase transition was observed, pointing to a great stability of the crystal when compared with other amino acid hydrated crystals. Additionally, there is no great change in the internal mode region of the Raman spectrum, suggesting that the phase transition undergone by LARDH under high pressure conditions can be classified as a conformational one.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/12670
metadata.dc.type: Tese
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