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Fundamentos de Raman

Guía de espectroscopia Raman

Explicamos brevemente los fundamentos de la espectroscopia de Raman y arrojamos luz sobre cómo la interacción de la luz con los enlaces químicos se utiliza para el análisis químico.

Fundamentos de la espectroscopia de Raman

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¿Qué es la espectroscopia Raman?

Los fundamentos de Raman

La espectroscopia Raman pertenece a la categoría de espectroscopia vibratoria. Esto significa que analiza una muestra químicamente, mediante el uso de la luz para crear (excitar) movimiento molecular, e interpretar esta interacción después.

Se basa en la dispersión inelástica de la luz que se produce cuando la materia es irradiada por una fuente de luz monocromática. Después de que esta luz monocromática haya interactuado con la muestra, una parte muy pequeña de ella ha cambiado su longitud de onda.

Esto se llama: el efecto Raman. Ahora podemos recopilar esa luz y podemos usarla para obtener información sobre la muestra.

El efecto Raman

Cuando los fotones (luz) "golpean" importan, la mayor parte de la luz dispersa permanece sin cambios en su longitud de onda. Por ejemplo, si apunta un puntero láser verde a una pared, siempre verá un punto verde. La luz dispersa obviamente tiene el mismo color y este fenómeno se llama dispersión de Rayleigh.

Sin embargo, también pueden ocurrir procesos de dispersión inelásticos, que luego conducen a la emisión de luz con una longitud de onda diferente. Esto suele ocurrir en relación con la vibración molecular. Este fenómeno de dispersión, que fue predicho por Adolf Smekal en 1923 y descubierto por C.V. Raman en 1930, se llama el efecto Raman.

Uso del efecto Raman para la espectroscopia

Descubrir y entender el efecto Raman abrió la puerta a un nuevo tipo de espectroscopia. Sin embargo, fue sólo con el descubrimiento del láser que Raman realmente arraigó, ya que, como se mencionó anteriormente, la espectroscopia Raman necesita luz monocromática.

Por lo tanto, la muestra se irradia con un láser y parte de la luz dispersa se analiza con un espectrógrafo (tecnología dispersa o FT). Al final obtenemos un espectro Raman que nos muestra señales características o "bandas" para el material bajo investigación.

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¿Cómo funciona la espectroscopia Raman?

Esta figura muestra la configuración más básica para medir los espectros de Raman.

Sorprendentemente, en realidad es bastante simple construir un espectrómetro Raman! Si miras a YouTube, incluso encontrarás vídeos DIY que te mostrarán cómo configurar un experimento muy básico para adquirir datos espectrales. Es por eso que encontrarás espectrómetros Raman en casi cualquier forma: dispositivos portátiles Raman, microscopios y espectrómetros de proceso.

Para adquirir espectros Raman, sólo tienes que enfocar el láser en la muestra que deseas investigar. Sin embargo, esa muestra no debe mostrar fluorescencia al láser utilizado para la excitación. Si ese es el caso, la fluorescencia cubrirá la mayor parte del efecto Raman, ya que es tan débil en comparación.

Después de que la luz láser ha irradiado la muestra, la luz dispersa se pasa a través de un filtro (para deshacerse de cualquier luz del láser de excitación). Luego se dirige a una rejilla, que distribuye las partes inelásticas como un prisma y de acuerdo con la longitud de onda. Al final, estos rayos se dirigen a un sensor CCD que luego emite un espectro dependiendo de la intensidad.

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¿Cómo es un espectro Raman?

Este es el espectro Raman de una muestra de dimeticona (azul) en comparación con una referencia de una biblioteca espectral. La identificación es inequívoca.

Al principio mencionamos que un espectro Raman contiene ciertas "bandas" o señales. Estos son únicos para ciertos grupos funcionales y a menudo también para sustancias. Proporcionan información sobre la composición química de la sustancia, pero también sobre la cristalinidad, el polimorfismo o los cambios en la presión y la temperatura.

Un espectro Raman es una poderosa herramienta para la investigación de materiales, el desarrollo de nuevos productos farmacéuticos y dondequiera que se requieran microanálisis químicas hasta el rango de nanómetros. Así es, Raman puede analizar muestras de hasta 0,5 m (500 nm). Todo lo que necesitas es un microscopio Confocal Raman.

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Acerca de la microscopía Raman

El microscopio confocal Raman SENTERRA II con carcasa de seguridad láser.

Típicamente, la luz láser utilizada en la espectroscopia Raman está en el rango visible, lo que significa que puede pasar libremente el vidrio utilizado en diapositivas de muestreo o lentes de microscopio. Por lo tanto, es bastante factible integrar un espectrómetro Raman en la óptica de un microscopio estándar.

De hecho, a menudo se prefiere un microscopio a un espectrómetro Raman de sobremesa clásico, ya que ofrece un enfoque de "punto y disparo" y no requiere mucha preparación adicional de la muestra. La muestra (por ejemplo, fibras de grafeno) se coloca debajo de la lente objetivo, dirigida con el microscopio y analizada directamente.

En pocas palabras, un microscopio Raman es un dispositivo microscópico basado en láser para realizar la espectroscopia Raman. Para Bruker, la microscopía y la imagen de Raman juegan un papel central, por lo que le hemos dedicado un sitio web especial.

Preguntas frecuentes sobre la espectroscopia de Raman

La gota que colmó el vaso

Preguntas frecuentes sobre la espectroscopia de Raman

¿Qué es la espectroscopia Raman?

La espectroscopia de Raman se basa en la interacción de la luz con los enlaces químicos de una sustancia. Esto proporciona información detallada sobre la estructura química, el polimorfismo, la cristalinidad y la dinámica molecular.

¿Qué información proporciona la espectroscopia Raman?

Un espectro Raman es como una huella química que identifica claramente una molécula o material. Y al igual que una huella dactilar humana, se puede comparar con bibliotecas de referencia para identificar el material muy rápidamente o distinguirlo de otros. Estas bibliotecas espectrales de Raman a menudo contienen cientos de espectros con los que se compara el espectro de una muestra para determinar el analito.

Proporciona información sobre:

  • Composición química y propiedades
  • Cristalinidad y polimorfismo
  • Contaminaciones y defectos
  • Exposición térmica y mecánica

¿Existen requisitos de muestra?

Raman es una técnica de muestreo universal y por lo tanto funciona para materiales inorgánicos y orgánicos. Sin embargo, ya que se basa en el efecto Raman bastante débil, otros efectos espectroscópicos y ciertas propiedades del material pueden interferir críticamente.
En caso de fluorescencia de muestra, la muestra no producirá un buen espectro Raman. Sin embargo, un cambio a láseres infrarrojos cercanos (NIR) y tecnología FT-Raman es una solución viable. Otro problema más significativo son las muestras fuertemente absorbentes (por ejemplo, negras), por ejemplo, polímeros llenos de carbono.

¿Cuál es el tiempo necesario para obtener un espectro Raman?

El tiempo necesario para una medición de Raman depende de varios factores, como la calidad espectral deseada, las propiedades de la muestra y, por supuesto, el espectrómetro Raman utilizado. Típicamente, los espectros Raman de buena calidad se pueden adquirir en pocos segundos.

¿Cuáles son las aplicaciones de la espectroscopia Raman?

La espectroscopia de Raman se puede utilizar en todas las áreas donde se requiere análisis químicos e imágenes no destructivos (microscópicos). Ofrece respuestas para preguntas analíticas cualitativas y cuantitativas.

En general, Raman es fácil de usar y proporciona rápidamente información clave para caracterizar la composición química y la estructura de una muestra. Básicamente, poco importa si las muestras son sólidas, líquidas o gaseosas.

Estas son algunas aplicaciones de la espectroscopia Raman:

  • Productos farmacéuticos
  • Geología y mineralogía
  • Semiconductores
  • Investigación de materiales
  • Ciencias de la vida