Raman spectroscopy and optical microscopy of UV-VIS irradiated natural snow

In my thesis work I investigated the best experimental conditions to analyse snow in the ambient and with the instrumentations of a typical university laboratory. The aim was to study whether the UV radiation would have an effect on the snow, or not. Thus, I irradiated a set of snow samples, placed in a freezer, with an UV-vis lamp whose irradiance ranged from 250 to 715 nanometres. I performed 8 experiments for 4 progressive irradiation conditions lasting for 2, 4, 6, and 8 hours of UV irradiation. For every condition, the experiment was performed two times. I designed and realized two sample holders, to inspect snow, which, together with a cautious setting to achieve the best result in the shortest time, have been vital to acquire a big sequence of Raman spectra and pictures of the snow. I always repeated the experiments with a sequence of pristine snow samples, that underwent the same thermal history of the irradiated ones. Thus, I looked for the repetitive differences in the Raman spectra of the irradiated snow, and those of the pristine snow. Analysing a characteristic low-frequency peak (212.5 cm-1), I observed a shift whose magnitude depends on the UV-vis irradiation time. Moreover, a further analysis on the intensities of the OH-stretching signal showed that the ratio between the relative amount of ice and liquid water in snow follows the same trend of the previous analysis, qualitatively confirming the nature of the effect. Lastly, I observed the pictures acquired with the stereo-microscope, but I could not make relevant conclusions from them, because of the similarity among images from the various samples.

In questa tesi ho ricercato le migliori condizioni per effettuare un’analisi della neve con strumentazioni e ambienti di un comune laboratorio di ricerca universitario, per verificare se la radiazione UV abbia o meno un effetto su di essa, e, nel caso positivo, indagare che tipo di effetto sia. Perciò ho irraggiato una serie di campioni di neve posti in un frigorifero, usando una lampada che ha fornito un irraggiamentp UV-visibile con lunghezze d’onda tra 250 e 715 nm. Ho eseguito 8 esperimenti per 4 condizioni progressive di 2, 4, 6 e 8 ore di irraggiamento, eseguendo due esperimenti per ogni condizione. Ho disegnato e fatto realizzare supporti appositi per le sperimentazioni sui campioni, che uniti ad un settaggio attento volto all’acquisizione del miglior risultato nel minor tempo possibile, sono stati indispensabili per raccogliere una serie numerosa di spettri Raman e di fotografie della neve. Ho sempre ripetuto l’esperimento con un uguale set di campioni non-irraggiati, che hanno subito la stessa storia termica di quelli irraggiati, e ho quindi confrontato gli spettri Raman della neve irraggiata con quella non irraggiata. Analizzando un picco caratteristico a basse frequenze (212.5 cm-1) ho osservato che la radiazione UV provoca uno spostamento in frequenza del suddetto picco dipendente dal tempo di irraggiamento. Un’analisi delle intensità del segnale dell’OH stretching inoltre ha mostrato che il rapporto tra le quantità relative di acqua e ghiaccio nella neve segue lo stesso andamento riscontrato dell’analisi precedente, confermando qualitativamente il tipo di effetto. Infine ho osservato le immagini della neve raccolte allo stereo-microscopio, ma da queste non ho potuto trarre conclusioni, a causa di una troppo grande somiglianza tra i due tipi di campioni.