El nuevo difractómetro de monocristal de la BUAP

Por Dalia Patiño González

Puebla, Puebla. 18 de abril de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Para conocer la estructura tridimensional a nivel atómico en compuestos cristalizados, el Instituto de Física Luis Rivera Terrazas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), a través de su laboratorio de Difracción de Rayos X, adquirió un nuevo equipo con financiamiento del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y con recursos asignados por la Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado (VIEP) de esta casa de estudios.

Instalado a finales de enero de 2017, el difractómetro de monocristal con radiación de plata (Ag) contribuirá en las líneas de investigación en áreas de física, química y ciencia de materiales avanzados.

La cristalografía de rayos X es una rama activa en ciencia de materiales, debido a las ventajas intrínsecas de esta técnica analítica: requiere una cantidad mínima de material —en escalas de miligramos hasta microgramos—, es no destructiva, relativamente rápida pues el tiempo necesario para la recolección de datos experimentales va desde algunos minutos (muestras pulverizadas) hasta algunas horas o días (monocristales) y alcanza una resolución estructural atómica.

Características técnicas

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Sylvain Bernès, responsable de este laboratorio, explicó que entre las características técnicas de este difractómetro se encuentran básicamente sus tres componentes, indispensables para llevar a cabo el experimento que se pretende realizar.

El primero de ellos es una fuente de rayos X, conocida como microfuente de rayos X de baja potencia. Su haz de rayos X está muy concentrado y se enfoca en el blanco, que es donde se coloca el cristal que se estudia.

“La principal característica de este tipo de fuente de rayos X es que tienen una brillanza (sic) que es muy alta; de esta forma, sobre una zona pequeña del cristal llegan muchos fotones de rayos X por unidad de tiempo”, explica el doctor Sylvain Bernès, quien añade que el segundo componente se ubica en el centro y se trata de un goniómetro.

“Con el apoyo de este goniómetro se puede orientar la muestra en el espacio. Se tiene que orientar de forma muy precisa el cristal, en muchas alineaciones del espacio que están calculadas para generar el fenómeno de difracción. Ese es el segundo componente”.

El tercer componente, explica el doctor Bernès, es un detector de rayos X, una de las partes más destacables de este difractómetro por su tecnología altamente sofisticada, de origen alemán.

“El detector es de última generación y puede discriminar la energía de los rayos X que están difractados. Destaca también un generador de nitrógeno puro y un sistema para enfriar este gas y mantener el cristal a una temperatura de -150 grados Celsius. Estas características son esenciales para poder trabajar a baja temperatura de manera discontinua".

¿Para qué sirve la difracción de monocristal?

El doctor Bernès, quien también es miembro nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), detalló que la difracción de monocristal tiene como principal meta obtener la imagen a escala atómica de un compuesto.

“Lo que hacen los investigadores, que en general son químicos o físicos, es cristalizar sus muestras. Por ejemplo, en el caso de la química orgánica se puede sintetizar un compuesto pero no saber su composición. Entonces se requiere información sobre su estructura. Lo que necesitan hacer es cristalizar su compuesto y una vez que se encuentra en forma de monocristal se realiza un experimento de difracción. Así es como se conoce dónde está cada átomo y con esta información se conoce la composición del material y, lo más importante, su estructura tridimensional, algo que resulta fundamental para avanzar en los proyectos de investigación”.

Una herramienta para investigaciones específicas

Si no hay monocristal, no hay nada que se pueda hacer con este difractómetro, aclaró el doctor Sylvain Bernès, al mencionar los inconvenientes que enfrenta este equipo. Al respecto, refirió que no todos los compuestos se pueden cristalizar, así que el apoyo que brinden a otros laboratorios o instituciones dentro y fuera del país, dependerá de la naturaleza del proyecto, pero sobre todo de las características del compuesto para que este pueda ser cristalizado.

Recordó que para estructurar el proyecto de apoyo para el financiamiento de este equipo, en la convocatoria para el fortalecimiento de la infraestructura educativa, en el que el Conacyt participó otorgando 60 por ciento del costo total —más de 11 millones de pesos— participaron 10 cuerpos académicos, seis de ellos trabajan con química sintética y los restantes son de física y ciencias de materiales.

“Todos tienen diferentes metas, pero todos buscan la caracterización de las estructuras, es decir, los detalles de su material. Sin embargo, hay algunos que no se pueden cristalizar, en este caso no se puede hacer nada con este equipo, pero en los casos en los que se cristaliza el compuesto, el experimento de difracción de rayos X es esencial”. 

Finalmente, añadió que para obtener detalles más finos a nivel molecular de las muestras que se analizan, se requiere de bajas temperaturas y un tiempo mayor a 24 horas de estudio, ya que el tiempo es proporcional a los detalles que se quieran observar, pueden ser horas o días.

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