La espectroscopia Raman es una técnica espectroscópica vibracional que mide la dispersión inelástica de luz monocromática, típicamente de un láser. Proporciona información complementaria a la espectroscopia infrarroja y es particularmente valiosa para analizar muestras acuosas, materiales cristalinos y especímenes biológicos.
Principio de la Dispersión Raman
Cuando la luz monocromática interactúa con una molécula, la mayoría de los fotones sufren dispersión Rayleigh (elástica, sin cambio de energía), mientras que una pequeña fracción (aproximadamente 1 en 10^7 fotones) sufre dispersión Raman (inelástica) con un cambio de energía. En la dispersión Raman Stokes, el fotón dispersado tiene menor energía (mayor longitud de onda) que la luz incidente, correspondiente a la excitación de vibración molecular. En la dispersión Raman Anti-Stokes, el fotón dispersado tiene mayor energía (menor longitud de onda), ocurriendo cuando la molécula comienza en un estado vibracional excitado. El desplazamiento Raman (cm-1) es la diferencia de energía entre la luz incidente y dispersada, independiente de la longitud de onda del láser.
Espectroscopia Raman vs. Infrarroja
Raman e IR son técnicas complementarias regidas por diferentes reglas de selección. La actividad Raman requiere un cambio en la polarizabilidad durante la vibración, mientras que la actividad IR requiere un cambio en el momento dipolar. Las vibraciones simétricas (ej., estiramiento C=C en alquenos) son típicamente fuertes en Raman pero débiles en IR, mientras que las vibraciones asimétricas son fuertes en IR pero débiles en Raman. El agua es un dispersante Raman débil pero un fuerte absorbedor IR, lo que hace del Raman una técnica ideal para soluciones acuosas y muestras biológicas. Además, los espectros Raman tienen menos interferencia por fluorescencia que los IR cuando se usan láseres de mayor longitud de onda (785 nm, 1064 nm).
Instrumentación
Un espectrómetro Raman incluye una fuente láser con longitudes de onda comunes de 532 nm (verde), 633 nm (rojo), 785 nm (cercano-IR) y 1064 nm (IR); las longitudes de onda más largas reducen la fluorescencia pero siguen la ley de la cuarta potencia inversa resultando en menor intensidad Raman. El láser se enfoca en la muestra a través de un objetivo de microscopio (micro-Raman) o lente, permitiendo el análisis de cantidades de microgramos y resolución espacial de hasta 1 µm. Un espectrógrafo con una red de difracción separa la luz dispersada Raman por longitud de onda, y filtros notch o de borde eliminan la intensa línea Rayleigh. Los detectores de dispositivo de carga acoplada (CCD) ofrecen alta sensibilidad para detección multicanal, mientras que FT-Raman utiliza un interferómetro y detector monocanal con excitación de 1064 nm.
Técnicas Especiales de Raman
Varias técnicas avanzadas de Raman mejoran sus capacidades. La Espectroscopia Raman de Superficie Mejorada (SERS) utiliza la adsorción de moléculas de analito en superficies metálicas nobles rugosas (Ag, Au) para mejorar las señales Raman en 10^6-10^10, permitiendo la detección de moléculas individuales. La Espectroscopia Raman de Resonancia (RRS) hace coincidir la longitud de onda del láser con una banda de absorción electrónica del analito, mejorando modos vibracionales específicos en 10^3-10^5. La Microscopía Confocal Raman utiliza un orificio (pinhole) para rechazar la luz fuera de foco, permitiendo perfiles de profundidad e imagen química tridimensional de muestras heterogéneas. La Espectroscopia Raman de Punta Mejorada (TERS) combina la microscopía de sonda de barrido con SERS para imagen química con resolución espacial nanométrica.
Aplicaciones
La espectroscopia Raman se utiliza para la identificación de pigmentos en arte y artefactos arqueológicos mediante análisis no destructivo; cribado de polimorfos farmacéuticos y detección de medicamentos falsificados; diagnóstico de enfermedades mediante huellas dactilares espectrales Raman de tejidos y biofluidos; control de calidad de semiconductores, polímeros y materiales de carbono (grafeno, nanotubos de carbono); e imagen biomédica in vivo y endoscopia mediante sondas Raman de fibra óptica.
