Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada Universidad de Córdoba
PELÍCULAS ORGÁNICAS ORGANIZADAS EN SISTEMAS NANOESTRUCTURADOS
ORGANIC FILMS ORGANIZED IN NANOSTRUCTURED SYSTEMS
Tesis Doctoral Antonio Miguel González Delgado
Córdoba, Julio 2012
TÍTULO: Películas orgánicas organizadas en sistemas nanoestructurados. AUTOR: Antonio Miguel González Delgado
© Edita: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Córdoba. 2012 Campus de Rabanales Ctra. Nacional IV, Km. 396 A 14071 Córdoba www.uco.es/publicaciones
[email protected]
PELÍCULAS ORGÁNICAS ORGANIZADAS EN SISTEMAS NANOESTRUCTURADOS.
LOS DIRECTORES
Fdo.: Luis Camacho Delgado Catedrático del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada. Universidad de Córdoba.
Fdo.: Marta Pérez Morales Profesora Ayudante Doctora del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada. Universidad de Córdoba.
Trabajo presentado para optar al grado de Doctor en Ciencias Químicas
Fdo.: Antonio Miguel González Delgado Licenciado en Ciencias Químicas
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FÍSICA Y TERMODINÁMICA APLICADA UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA D. Luis Camacho Delgado, Catedrático y Director del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada de la Universidad de Córdoba,
INFORMA: Que el trabajo presentado como Tesis Doctoral por D. Antonio Miguel
González
Delgado,
titulado
“Películas
Orgánicas
Organizadas en Sistemas Nanoestructurados” ha sido realizado en los laboratorios de este Departamento, así como en las instalaciones del Groupe d’Etude des Vecteurs Supramoléculaires de la Université Henri Poincaré Nancy I (Francia) y en el Department Chemie und Pharmazie de la Friedrich-Alexander Universitat
Erlangen-Nurnberg
(Alemania),
y
reúne
las
condiciones exigidas según legislación vigente.
Y para que conste, firmo el presente en Córdoba a Veintiséis de Junio de dos mil doce.
Fdo.: Luis Camacho Delgado
Mediante la defensa de esta memoria se pretende optar a la obtención de la Mención Internacional, habida cuenta que el doctorando reúne los requisitos exigidos para tal mención:
1. Se cuenta con los informes favorables de dos doctores pertenecientes a instituciones de Enseñanza Superior, o instituto de investigación, de países europeos distintos al nuestro. 2. En el Tribunal, que ha de evaluar la Tesis, existe un miembro de un centro de Enseñanza Superior de un país europeo distinto al nuestro. 3. Parte de la redacción y defensa de la Memoria se realizará en la lengua oficial de un país europeo distinto al nuestro. 4. El doctorando ha realizado una parte del trabajo experimental en las instalaciones del Groupe d’Etude des Vecteurs Supramoléculaires de la Université Henri Poincaré Nancy I (Francia). Esta estancia, de un trimestre de duración, se ha realizado gracias a la concesión de ayuda para estancias breves en el extranjero asociada a la beca de Formación de Personal Investigador del Ministerio de Ciencia e Innovación.
El trabajo que engloba la presente Memoria se ha realizado durante el periodo de disfrute de una Beca de Formación de Personal Investigador del Ministerio de Ciencia e Innovación, asociada al proyecto financiado por la D. G. I. C. Y T. “Influencia de la organización molecular en fenómenos de transferencia eléctrica y de transferencia de energía. Aplicaciones al diseño de dispositivos nanoestructurados” (CTQ2007/64474)
LUIS CAMACHO DELGADO, Catedrático del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada de la Universidad de Córdoba.
INFORMA: Que el trabajo presentado como Tesis Doctoral por D. Antonio Miguel González Delgado titulado “Películas orgánicas organizadas en sistemas nanoestructurados”, ha sido realizado bajo su dirección en los laboratorios de este Departamento y reúne las condiciones exigidas según la legislación vigente.
Y para que conste, firmo el presente en Córdoba a 26 de Junio de 2012.
Fdo.: Luis Camacho Delgado
MARTA PÉREZ MORALES, Profesora Ayudante Doctor del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada de la Universidad de Córdoba.
INFORMA: Que el trabajo presentado como Tesis Doctoral por D. Antonio Miguel González Delgado titulado “Películas orgánicas organizadas en sistemas nanoestructurados”, ha sido realizado bajo su dirección en los laboratorios de este Departamento y reúne las condiciones exigidas según la legislación vigente.
Y para que conste, firmo el presente en Córdoba a 26 de Junio de 2012.
Fdo.: Marta Pérez Morales
TÍTULO DE LA TESIS: PELÍCULAS ORGÁNICAS ORGANIZADAS EN SISTEMAS NANOESTRUCTURADOS
DOCTORANDO/A: ANTONIO MIGUEL GONZÁLEZ DELGADO
INFORME RAZONADO DEL/DE LOS DIRECTOR/ES DE LA TESIS (se hará mención a la evolución y desarrollo de la tesis, así como a trabajos y publicaciones derivados de la misma).
La presente Tesis Doctoral se ha desarrollado en los laboratorios del Departamento de Química Física y Termodinámica Aplicada de la Universidad de Córdoba bajo nuestra dirección. Esta Tesis Doctoral reúne todas las condiciones exigidas según la legislación vigente. Su evolución y desarrollo ha seguido el plan de trabajo inicialmente previsto, alcanzándose los objetivos previamente marcados. Durante la elaboración de la Tesis, el doctorando ha realizado dos estancias breves de investigación en centros internacionales. Ha dado lugar a cinco publicaciones, tres de ellas ya publicadas en revistas internacionales de reconocido prestigio, una pendiente de acpetación y otra en preparación, así como a diversas comunicaciones en congresos nacionales e internacionales.
Por todo ello, se autoriza la presentación de la tesis doctoral.
Córdoba, 26 de __Junio__________ de __2012______
Firma del/de los director/es
Fdo.: Luis Camacho Delgado____ Fdo.: Marta Pérez Morales___
Índice General
Objetivos
5
Capítulo 1 - Introducción
9
1.1. Métodos de preparación de películas delgadas 1.1.1 - Películas de Langumir y LangmuirBlodget
11 11
1.1.1.1 - Formación y caracterización de monocapas en la interfase aire-agua 11 1.1.1.2 - Técnicas de caracterización de monocapas en la interfase aire-agua 12 1.2. Métodos espectroscópicos
21
1.2.1 - Fuerza y polarización de bandas de absorción
21
1.2.2 - Factor de orientación en la interfase aire-agua
22
1.2.2.1 - Fuerza del oscilador aparente en la interfase aire-agua
25
1.2.3 - Absorción de radiación y agregación molecular. Modelo de los dipolos extendidos 1.3. Calixarenos
26 34
1.3.1 - Antecedentes
34
1.3.2 - Características estructurales
35
1.3.3 - Otras propiedades físicas
37
1.3.4 - Monocapas y multicapas de calixarenos
38
Referencias Capítulo 2 - Experimental
41 43
2.1. Técnicas de formación y caracterización de monocapas en la interfase aire-agua
45
2.2. Materiales, reactivos y tratamiento de datos
49
Indice
Referencias
50
Capítulo 3 - Estudio del colapso de monocapas formadas por lípido y porfirina 51 3.1. Reversible collapse of insoluble monolayers: New insights on the influence of the anisotropic line tension of the domain
53
3.1.1 - Introduction
54
3.1.2 - Experimental
55
3.1.3 - Results and Discussion
56
3.1.4 - Conclusions
69
3.1.5 - Supporting Information
71
References
74
Capítulo 4 - Organización lateral en monocapas formadas por lípidos y colorantes
75
4.1 - Control of the lateral organization in Langmuir monolayers via molecular aggregation of dyes
77
4.1.1 - Introduction
78
4.1.2 - Experimental
80
4.1.3 - Results and Discussion
81
4.1.4 - Conclusions
102
4.1.5 - Supporting Information
104
References
115
4.2 - The effect of the reduction in the available surface area on the hemicyanine aggregation in laterally organized Langmuir monolayers
2
119
4.2.1 - Introduction
120
4.2.2 - Experimental
122
Indice
4.2.3 - Results and Discussion
124
4.2.4 - Conclusions
139
4.2.5 - Supporting Information
142
References
143
Capítulo 5 - Calixarenos anfifílicos y sus complejos de inclusión con fullereno en la interfase aire-agua
145
5.1 - Langmuir monolayers of an inclusion complex formed by a new calixarene derivative and fullerene 147 5.1.1 - Introduction
148
5.1.2 - Experimental
149
5.1.3 - Results and Discussion
154
5.1.4 - Conclusions
161
References
163
Conclusiones
165
3
Indice
4
OBJETIVOS
5
6
Objetivos
La presente Memoria presentada como Tesis Doctoral se encuadra en la línea de investigación “Películas Superficiales y Organización Molecular” del grupo FQM-204 de la Junta de Andalucía. Los objetivos globales que se han marcado son: 1. Preparar y caracterizar películas superficiales homogéneas y estables de colorantes orgánicos, puros y/o mezclados con matrices lipídicas, que sean susceptibles de ser transferidas a soportes sólidos mediantes las técnicas LB y LS. 2. Estudiar y controlar la agregación de colorantes orgánicos en la interfase aire-agua, así como la distancia promedio entre moléculas. 3. Estudiar las propiedades fotofísicas de colorantes orgánicos ensamblados en películas delgadas, así como la influencia ejercida por la estructura molecular alcanzada en la película sobre sus propiedades fotofísicas y ópticas. 4. Sintetizar un calix[6]areno anfifílico, así como un complejo de inclusión calixareno-C60, capaces de formar películas superficiales estables en la interfase aire-agua. 5. Estudiar la influencia de la conformación y orientación del calixareno anfifílico en la estabilidad y propiedades de las películas formadas.
7
Objetivos
The work described in this Report belongs to the research line “Thin Films and Molecular Organization” within the group FQM-204 (Junta de Andalucía classification). The main goals of this research were as follows:
1. To prepare and to characterize homogeneous and stable thin films with organic dyes, pure and/or mixed with lipidic matrixes. These thin films should be able to be transferred to solid supports by means of the LB and LS techniques. 2. To study and to control the aggregation of organic dyes at the air-water interface, as well as the average distance between molecules. 3. To study the photophysical properties of thin-film assembled organic dyes, as well as the influence of the molecular structure of the film over its photophysical and optical properties. 4. To synthesize an amphiphilic calix[6]arene, and an inclusion complex calixareno-C60, which are able to form stable thin films at the air-water interface. 5. To study the influence of the conformation and orientation of the amphiphilic calixareno in the stability and properties of the formed films.
8
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
9
10
Capítulo 1 Introducción
1.1. MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE PELÍCULAS DELGADAS 1.1.1 Películas de Langmuir y Langmuir-Blodgett (LB) Las primeras experiencias relacionadas con la formación de monocapas en la interfase aire-agua siguiendo un método científico se remontan a los estudios llevados a cabo por Benjamin Franklin (1706-1790), los cuales estimularon a posteriores científicos a investigar de manera más profunda en este nuevo campo. Sin duda, la aportación más importante la realizó Irving Langmuir (1881-1957), que destacó por su trabajo en Química de Superficies, el cual le llevó a conseguir el Premio Nobel de Química en 1932. Su trabajo, junto con el de Lord Rayleigh (18421919), llega a confirmar que las capas de moléculas anfifílicas esparcidas sobre superficies acuosas (películas de Langmuir) tienen el espesor de una capa molecular simple y concluyó que las moléculas estaban orientadas en la superficie acuosa, con un grupo funcional polar inmerso en el agua y una cadena alifática situada casi verticalmente respecto a la superficie. Sus experimentos apoyaron la hipótesis de la existencia de interacciones de corto alcance, y dieron la base sobre los tipos de moléculas que podían formar este tipo de películas. Katherine Blodgett (1898-1979), bajo la dirección de Irving Langmuir, fue la primera persona capaz de transferir monocapas de ácidos grasos desde la superficie acuosa a soportes sólidos tales como vidrio hidrofílico, formándose así las denominadas películas de Langmuir−Blodgett (LB). Desde entonces hasta nuestros días, el abanico de posibilidades que ofrece esta técnica ha aumentado considerablemente. Actualmente, la técnica LB constituye una herramienta muy útil para la construcción de dispositivos supramoleculares con aplicaciones en diferentes áreas como óptica no lineal, sensores, electrónica molecular y fotocromismo.1-6
1.1.1.1 Formación de Monocapas en la Interfase Aire-Agua La formación de monocapas en la interfase aire-agua se basa en la insolubilidad
11
Capítulo 1 Introducción
de las moléculas que las forman y, sobre todo, en la estructura anfifílica de las mismas, es decir, poseen una parte apolar hidrofóbica (una o varias cadenas alifáticas), y otra polar hidrofílica (grupos funcionales tipo ácido, alcohol o amina).7-8 Mediante la técnica de Langmuir, la preparación de las monocapas se efectúa añadiendo una cantidad determinada de moléculas anfifílicas sobre la superficie acuosa, disueltas en un disolvente volátil e inmiscible en agua, las cuáles ocupan toda la superficie disponible (Figura 1.1). En este proceso, la elección del disolvente o mezcla de disolventes es importante, ya que debe favorecer la máxima dispersión de las moléculas sobre el agua.9 Una vez se evapora el disolvente, cabe esperar que la disposición de las moléculas en la monocapa sea aquella en la que su situación energética resulte más favorable, esto es, con los grupos polares inmersos en la subfase acuosa y las colas hidrófobas fuera de la misma.7
Figura 1.1
En este momento, la tensión superficial (γ) de la zona cubierta por la monocapa disminuye respecto a la tensión superficial de la superficie del agua limpia (γ0) y como consecuencia, se mide la presión superficial (π) definida por
12
Capítulo 1 Introducción
π =γ0 −γ
(1.1)
En principio, cualquier método para determinar la tensión superficial puede ser usado para medir la presión superficial. En la práctica se utilizan dos tipos de sistemas, el tipo Wilhelmy y el tipo Langmuir.10 Tras la evaporización del disolvente, la monocapa se comprime reduciéndose el área superficial disponible, la densidad superficial de las moléculas incrementa, disminuye γ y aumenta π. De esta manera, la representación de π frente al área por molécula (A) aumenta cuando el área disminuye (ver Figura 1.2), siendo la analogía bidimensional de una isoterma presión-volumen. Las isotermas π-A dan información acerca de la estabilidad de la monocapa en la interfase aire-agua, de la organización de las moléculas en la monocapa y de las interacciones entre ellas. A partir de las isotermas π-A se obtienen dos parámetros muy importantes. Por una parte, el valor del área límite, obtenido por extrapolación del tramo de mayor pendiente de la isoterma a presión superficial cero, que corresponde al área ocupada por una molécula en una situación de máximo empaquetamiento (líneas de puntos en la Figura 1.2). Por otra, el valor máximo de presión superficial al cual la monocapa pierde su estabilidad, conocido con el nombre de presión de colapso (πC en la Figura 1.2). Las isotermas presión superficial-área muestran distintas regiones que corresponden a los diferentes estados de organización o fases en los que se encuentra la monocapa, así como regiones en las que coexisten dos fases.7
Figura 1.2
En la isoterma π-A mostrada en la Figura 1.2 se indican de forma idealizada las distintas fases para una sustancia anfifílica simple, descritas brevemente a continuación: 13
Capítulo 1 Introducción
• Gaseosa (G): A muy bajas presiones superficiales, las moléculas se encuentran bastante diluidas en el seno de la monocapa y las interacciones entre ellas son débiles, constituyendo una fase denominada gas bidimensional. • Líquido: Cuando la presión superficial aumenta se llega a una fase fluida muy compresible, en la que las moléculas experimentan unas fuerzas atractivas lo suficientemente intensas como para que empiecen a adoptar una estructura compacta, formándose lo que se llama líquido expandido (LE). Entre estas dos fases descritas ocurre un proceso parecido a la condensación de un gas, es decir, una zona de coexistencia de ambos estados, G + LE (T1). Aumentos posteriores de presión dan lugar a un estado menos compresible y más ordenado, conocido como líquido condensado (LC). La organización de la monocapa es compacta y la parte hidrófoba de las moléculas se orienta perpendicularmente a la interfase. De nuevo, puede observarse una segunda transición de fase entre la situación de líquido expandido y la de líquido condensado, LE + LC (T2). • Sólido (S): Al continuar comprimiendo la monocapa, y antes de que ésta llegue al colapso, se alcanza un estado sólido (S) donde la película es muy rígida y las cadenas hidrófobas forman un apilamiento compacto. No obstante, hay que indicar que el número y la complejidad de las fases observadas en una isoterma varían en función del sistema estudiado y de las condiciones experimentales bajo las cuales se realizan las isotermas. La morfología originada por la coexistencia de estados en una monocapa puede visualizarse usando microscopía de fluorescencia,11 o mediante microscopía de ángulo Brewster (BAM),12 técnica de gran versatilidad desarrollada en época reciente. Monocapas mixtas de lípido y colorantes El método tradicional para la formación de películas de Langmuir requiere el empleo de moléculas anfifílicas. De esta forma, la gama de moléculas que podían formar monocapas estables era limitada. En las últimas décadas, se han desarrollado métodos que permiten utilizar una gran variedad de moléculas para la formación de este tipo de películas, incluso moléculas solubles en agua. Estos métodos están basados en la construcción de monocapas complejas, donde los componentes de la monocapa se organizan bajo control externo y atendiendo a las interacciones intermoleculares específicas de cada sistema. Uno de los métodos propuestos consiste en añadir 14
Capítulo 1 Introducción
componentes solubles en la subfase acuosa de forma que dicho componente pueda adsorberse sobre una matriz lipídica seleccionada, y así ser retenido en la interfase. Más efectivo, sin embargo, se ha mostrado el método denominado de coesparcimiento, en el cual el adsorbato no se añade a la subfase acuosa, sino que se coesparce mezclado con el lípido sobre la superficie acuosa,13-16 de tal forma que el colorante queda retenido en la interfase mediante interacciones, principalmente, electrostáticas. Con estos métodos, se amplía el rango de moléculas que pueden ser estudiadas mediante la técnica de Langmuir. Existe, sin embargo, una limitación al uso de monocapas mixtas basada en la heterogeneidad del sistema.
1.1.1.2 Técnicas de caracterización de monocapas sobre la interfase aire-agua Además de las medidas de presión superficial en la balanza de Langmuir, existe una gran variedad de técnicas, en continua evolución, muy útiles en la caracterización de películas superficiales en la interfase aire-agua. A continuación se describen con más detalle aquellas técnicas que han sido utilizadas a lo largo de esta Memoria. - Espectroscopía de Reflexión: Esta técnica se basa en la diferencia de reflectividad de una superficie acuosa cubierta con una monocapa y una superficie acuosa desnuda. El método aplicado, representado en la Figura 1.3, utiliza luz no polarizada, la cual se hace incidir de forma normal sobre la superficie del agua.
Luz incidente
RS Interfase limpia
R D,S
Aire Monocapa Agua
Figura 1.3
Denominaremos RS y RD,S a las cantidades de radiación reflejadas en ausencia y en presencia de monocapa, respectivamente. Cuando la reflexión y la absorción son pequeñas, aproximadamente se cumple que17
15
Capítulo 1 Introducción
RD,S = RS + RD + A RS
(1.2)
donde RD y A son la reflexión y la absorción propias de la monocapa, respectivamente. El término A RS representa la amplificación de la luz reflejada a consecuencia de la absorción. Asimismo, R D ≈ A × AM / 4 , donde AM es la absorción máxima. RD,S y RS se determinan simultáneamente en una misma experiencia, por lo que la medida experimental es directamente la diferencia entre ambas
A ∆R = RD,S − RS = A RS + M 4
≈ A RS
(1.3)
En general, la absorción de la monocapa es lo suficientemente pequeña como para despreciar el término AM/4. Asimismo, en este caso, absorción y absorbancia están relacionadas mediante el factor numérico 2.303, por lo que ∆R = 2.303 × 103 f o ε RS Γ
(1.4)
donde ε representa la absortividad molar en sus unidades habituales (mol·L-1·cm), Γ es la concentración superficial en mol·cm-2, el factor 103 da cuenta del cambio de unidades necesario para que ∆R sea adimensional y, por último, fo es el factor de orientación. Este factor compara las orientaciones promedio del dipolo de transición en disolución y en la interfase aire-agua y, su introducción es necesaria ya que, la absortividad molar se define como la que posee el cromóforo en disolución. La ecuación (1.4) nos propone un método para detectar la presencia de cromóforos en la interfase aire-agua a partir de medidas del incremento de la reflexión de la monocapa con respecto a la interfase limpia, permitiendo cuantificar el material existente en dicha interfase y obtener, como se describirá más adelante, información sobre la orientación del cromóforo. - Microscopía de ángulo Brewster (BAM): La microscopía de ángulo Brewster es una herramienta excelente para el estudio de monocapas, ya que sólo registra la reflectividad debida a las moléculas situadas en la interfase aire-agua.18 La reflectividad en la interfase de dos medios se define como la relación entre la 16
Capítulo 1 Introducción
fracción de intensidad reflejada e intensidad incidente.19 Esta relación depende de la polarización de la radiación y del ángulo de incidencia. El fenómeno de polarización por reflexión se produce cuando un haz de luz no polarizada incide desde un medio con índice de refracción n1 en un medio de mayor índice de refracción n2, con un ángulo i tal que el rayo refractado forma un ángulo recto con el reflejado. Además, la polarización producida por este fenómeno es siempre perpendicular al plano de incidencia inci (polarización s). Aplicando la condición anterior a la ley de Snell (n1 seni= sen n2 senr), se obtiene la ley de Brewster (tgi (tg = n2 / n1, n2 > n1), esquematizada en la Figura 1.4. La microscopía de ángulo Brewster se basa en este principio. Cuando se hace ha incidir un haz de luz en la interfase aire-agua aire agua con polarización paralela al plano de incidencia (polarización p) y con el ángulo Brewster de esta interfase (i ( = 53.1º), toda la radiación es transmitida, no produciéndose reflexión alguna. Si ahora se esparce es una monocapa de moléculas sobre la subfase acuosa se forma una nueva interfase, donde los índices de refracción son naire y nmonocapa, y en la que el ángulo Brewster disminuye ligeramente. En estas condiciones, y si mantenemos el ángulo de incidencia original, parte de la luz se refleja, debido únicamente a la presencia de la monocapa. Si, a continuación, esta radiación es recogida por una cámara, podemos observar directamente la morfología de la película durante su proceso de formación. Además, su posterior sterior análisis puede aportar valiosa información acerca de la organización molecular dentro de la película. Así, por ejemplo, teniendo en cuenta que la polarizabilidad de una cadena hidrocarbonada extendida es mayor a lo largo del eje que perpendicular al a mismo, la anisotropía óptica de los dominios puede ser observada mediante BAM.
Figura 1.4
Esta técnica, frente a otras como la microscopía de fluorescencia, ofrece mayor contraste en aquellos dominios con diferente orientación azimutal,12 además de no 17
Capítulo 1 Introducción
necesitar una sonda fluorescente que añadir a la película.
racción de rayos X - Difracción de rayos X de incidencia rasante (GIXD): La difracción de incidencia rasante es una técnica de caracterización microestructural de películas en la interfase aire-agua que usa una fuente de rayos X de alta intensidad, que inciden en la película de forma casi paralela a dicha interfase. Esta técnica fue introducida ducida por Kjaer y Dutta et al.20-22 y se ha establecido como una poderosa herramienta para estudiar el empaquetamiento de moléculas anfifílicas en la interfase aire-agua. aire Los rayos X de alta intensidad se generan por la colisión de positrones en un acelerador de partículas tipo sincrotrón (línea BW1, HASYLAB, DESY, Hamburgo), Hamburgo) y son convertidos en un rayo r monocromático (λ=1.3038Å) Å) gracias a un cristal monocromador de Be. Este rayo se hace incidir sobre la monocapa a un ángulo de incidencia de αi=0.85αc, siendo αc≈0.13ºº el ángulo crítico para la reflexión total. Sólo los primeros 80 Å por debajo de la superficie superficie del agua son iluminados, para mejorar la sensibilidad de las monocapas y eliminar ruido de fondo. Con un detector sensible a la posición lineal se recoge la luz difractada en función del ángulo de dispersión vertical αf. El ángulo de dispersión en el plano (horizontal) 2Θ se varía ía rotando todo el dispositivo detector.
Figura 1.5
Las componentes horizontal (Qxy) y vertical (Qz) del vector de dispersión se pueden expresar en la forma: 18
Capítulo 1 Introducción
sin
Θ
(1.5)
sin
(1.6)
donde λ es la longitud de onda de los rayos X. La intensidad de la radiación detectada se corrige en función de la polarización, el área efectiva y el factor de Lorentz. Los picos obtenidos en la dirección del plano se ajustan por mínimos cuadrados a una curva Lorentziana y los fuera del plano a una Gaussiana. La semianchura (anchura a mitad del máximo, AMM) de los picos obtenidos en la dirección del plano está relacionada con la longitud de correlación l, es decir, la extensión de la red cristalina, en la forma23: l=2/AMM. Los picos obtenidos en la dirección fuera del plano son llamados “barras de Bragg”, y su anchura es inversamente proporcional a la longitud de la molécula. Por la posición de los picos en la dirección en el plano (horizontal), se puede determinar el espaciamiento de red:
(1.7)
donde (h, k) indica el orden de reflexión. Los parámetros de red a, b y el ángulo γ se pueden estimar desde el espaciamiento de red d(hk), pudiendo calcular el área por celda unidad Axy: sin
(1.8)
Las moléculas anfifílicas sólo se pueden empaquetar en un número limitado de redes cristalinas: hexagonal, ortorrómbica y oblicua. En una red hexagonal, las cadenas están normalmente perpendiculares a la interfase, con unos parámetros de red a=b y γ=120º. Cuando las cadenas están inclinadas totalmente de forma simétrica es una fase ortorrómbica, y sólo dos picos de Bragg son detectados. Cuando la inclinación es intermedia tenemos una fase oblicua, y se pueden ver tres picos de difracción.
- Reflectividad especular de rayos X (XRR): Las medidas de reflectividad especular de rayos X se realizan en el mismo instrumento que las de difracción GIXD. Para las medidas de reflectividad, los ángulos del rayo incidente αi y reflejado αf son 19
Capítulo 1 Introducción
iguales, y se varían en el rango 0.5 αc< αi (αf)
