Desarrollo de interfaz para el análisis de datos espectroscópicos medidos durante reacciones de cinética rápida

Abstract

El tema de los procesos dinámicos no es nuevo dentro de las ciencias naturales, ya que a lo largo de la historia hemos sido testigos de cómo la materia cambia a lo largo de muchos años o bien de manera inmediata. Observar procesos en los cuales se nota un cambio inmediato siempre ha sido motivo de curiosidad; sin embargo, las limitantes de observar estos procesos radican en llevar un seguimiento preciso de los cambios que ocurren en dicho sistema. Para resolver esta cuestión, la comunidad científica ha desarrollado sistemas que, adaptados a mediciones espectroscópicas, permiten analizar mejor estos procesos. El creciente interés por seguir procesos dinámicos ultrarápidos ha ido acompañado del desarrollo de sistemas de flujo continuo y de flujo detenido; usados en espectroscopía de rayos X, espectroscopía UV-vis y en particular con el desarrollo de fuentes de xFEL (láser de rayos X a partir de electrones libres). Esta información experimental es de gran ayuda para elucidar el mecanismo de reacción implicado; sin embargo, necesita de una descomposición espectral que se realiza con métodos matemáticos. El método más usado es la descomposición de valores singulares, el cual consiste en una factorización matricial de cada espectro medido en un tiempo dado; el resultado de esta factorización es el número de especies absorbentes o cromóforos presentes en un conjunto de espectros dados. En este trabajo se desarrolla una interfaz gráfica en el lenguaje de Matlab que permite la resolución de las ecuaciones diferenciales para cualquier mecanismo de reacción. La interfaz se usa en conexión con una app que realiza el método de mínimos cuadrados multivariable y descompone los espectros experimentales a partir de los perfiles de concentración ligados a un mecanismo de reacción. El análisis de espectros medidos durante el transcurso de una reacción usando estas herramientas permite evaluar mecanismos de reacción, así como la identificación de tiempos en los que se observa la mayor presencia de especies intermedias y define las constantes de velocidad para los procesos implicados. Con esto, es posible modelar diferentes mecanismos de reacción para extraer perfiles de concentración y obtener los espectros puros para cualquier tipo de datos espectroscópicos que varían con el tiempo. Este método es complementario a la descomposición de valores singulares, pues ayuda a determinar espectros puros de especies intermedias ligadas a un mecanismo de reacción y no está solo relacionado con la cantidad de cromóforos implicados, mismos que pueden o no estar ligados a una misma especie.