El rubí molecular en estado sólido (rojo) y disuelto (amarillo) se puede utilizar para la medición óptica de presión sin contacto. Crédito:Sven Otto, JGU
Los químicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y de la Université de Montréal en Canadá han desarrollado un sistema molecular capaz de realizar mediciones de presión óptica muy precisas.
La piedra preciosa rubí sirvió como fuente de inspiración. Sin embargo, el sistema desarrollado por el equipo dirigido por la profesora Katja Heinze en el Instituto de Química Inorgánica y Química Analítica JGU y el profesor Christian Reber en la Université de Montréal es una molécula soluble en agua, no es un sólido insoluble. Como rubí esta molécula contiene el elemento cromo que le da su color rojo, y por eso se le ha denominado rubí molecular. Este rubí molecular se puede utilizar para medir la presión tanto en estado sólido como la piedra preciosa rubí y en solución gracias a su solubilidad. Por lo tanto, este sistema molecular tiene aplicaciones potenciales en los campos de las ciencias de los materiales, catálisis homogénea y heterogénea, y todos los campos imaginables donde los cambios de presión necesitan ser monitoreados. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en Edición internacional Angewandte Chemie .
Medir la presión con el rubí molecular es muy sencillo. El sitio relevante se irradia con luz azul para ser absorbido por el rubí molecular, que luego emite radiación infrarroja. Dependiendo de la presión, la energía de la luz emitida varía de manera muy sensible. A continuación, se puede leer la presión real a partir de la energía de luminiscencia.
Las sofisticadas mediciones de luminiscencia dependientes de la presión hasta 45, 000 bar han sido realizados por Sven Otto, un candidato a doctorado en el equipo de Heinze, en los laboratorios del grupo Reber en la Université de Montréal. La estancia de investigación de Sven Otto fue financiada por la Escuela de Graduados de Excelencia en Ciencia de los Materiales en Mainz (MAINZ). "El trabajo experimental en Montreal fue una gran experiencia y la prueba de concepto exitosa fue simplemente fantástica, ", dijo Otto." Las presiones más altas empleadas en una llamada celda de yunque de diamante son aproximadamente 45 veces más altas que las experimentadas en el lugar más profundo conocido en el océano ", explicó Otto. "Los grandes efectos observados con este material molecular son realmente impresionantes, "añadió el profesor Christian Reber, experto en espectroscopia de luminiscencia de alta presión y actualmente científico invitado del DAAD en la Universidad de Mainz, financiado por el Servicio Alemán de Intercambio Académico. De hecho, los efectos son hasta veinte veces mayores con los cristales de rubí molecular que con el rubí de piedras preciosas comúnmente empleado.
El principio de las mediciones de presión óptica utilizando materiales a base de cromo no es nuevo. Sin embargo, hasta ahora, todos estos materiales han sido completamente insolubles como el rubí. Aún no se habían logrado las mediciones de presión con un solo tipo de especies moleculares disueltas que informaran los cambios de presión directamente en la solución. "Sin embargo, nuestro rubí molecular puede hacer el truco, ", dijo la profesora Katja Heinze." Esperamos que nuestros hallazgos allanen el camino para aplicaciones completamente diferentes más allá de las clásicas y actualmente estamos trabajando en esta dirección ".