A espectroscopia Raman é uma técnica espectroscópica vibracional que mede o espalhamento inelástico de luz monocromática, tipicamente de um laser. Ela fornece informações complementares à espectroscopia no infravermelho e é particularmente valiosa para analisar amostras aquosas, materiais cristalinos e espécimes biológicos.
Princípio do Espalhamento Raman
Quando a luz monocromática interage com uma molécula, a maioria dos fótons sofre espalhamento Rayleigh (elástico, sem mudança de energia), enquanto uma pequena fração (aproximadamente 1 em 10^7 fótons) sofre espalhamento Raman (inelástico) com uma mudança de energia. No espalhamento Raman Stokes, o fóton espalhado tem menor energia (maior comprimento de onda) que a luz incidente, correspondendo à excitação vibracional molecular. No espalhamento Raman Anti-Stokes, o fóton espalhado tem maior energia (menor comprimento de onda), ocorrendo quando a molécula começa em um estado vibracional excitado. O deslocamento Raman (cm-1) é a diferença de energia entre a luz incidente e espalhada, independente do comprimento de onda do laser.
Raman vs. Espectroscopia no Infravermelho
Raman e IV são técnicas complementares governadas por diferentes regras de seleção. A atividade Raman requer uma mudança na polarizabilidade durante a vibração, enquanto a atividade IV requer uma mudança no momento de dipolo. Vibrações simétricas (ex.: estiramento C=C em alcenos) são tipicamente fortes em Raman mas fracas em IV, enquanto vibrações assimétricas são fortes em IV mas fracas em Raman. A água é um espalhador Raman fraco, mas um forte absorvedor de IV, tornando o Raman ideal para soluções aquosas e amostras biológicas. Além disso, os espectros Raman têm menos interferência de fluorescência que o IV ao usar lasers de maior comprimento de onda (785 nm, 1064 nm).
Instrumentação
Um espectrômetro Raman inclui uma fonte de laser com comprimentos de onda comuns de 532 nm (verde), 633 nm (vermelho), 785 nm (IV-próximo) e 1064 nm (IV); comprimentos de onda maiores reduzem a fluorescência, mas seguem a lei da quarta potência inversa resultando em menor intensidade Raman. O laser é focado na amostra através de uma objetiva de microscópio (micro-Raman) ou lente, permitindo a análise de quantidades de microgramas e resolução espacial de até 1 µm. Um espectrógrafo com rede de difração separa a luz espalhada Raman por comprimento de onda, e filtros notch ou edge removem a intensa linha Rayleigh. Detectores de dispositivo de carga acoplada (CCD) oferecem alta sensibilidade para detecção multicanal, enquanto Raman por Transformada de Fourier (FT-Raman) usa um interferômetro e detector de canal único com excitação de 1064 nm.
Técnicas Especiais de Raman
Várias técnicas avançadas de Raman aprimoram suas capacidades. A Espectroscopia Raman Amplificada por Superfície (SERS) usa a adsorção de moléculas de analito em superfícies metálicas nobres rugosas (Ag, Au) para amplificar sinais Raman em 10^6-10^10, permitindo detecção de molécula única. A Espectroscopia Raman de Ressonância (RRS) ajusta o comprimento de onda do laser a uma banda de absorção eletrônica do analito, amplificando modos vibracionais específicos em 10^3-10^5. A Microscopia Confocal Raman usa um pinhole para rejeitar luz fora de foco, permitindo perfilamento de profundidade e imageamento químico tridimensional de amostras heterogêneas. A Espectroscopia Raman Amplificada por Ponta (TERS) combina microscopia de sonda de varredura com SERS para imageamento químico com resolução espacial nanométrica.
Aplicações
A espectroscopia Raman é usada para identificação de pigmentos em arte e artefatos arqueológicos através de análise não destrutiva, triagem de polimorfos farmacêuticos e detecção de medicamentos falsificados, diagnóstico de doenças através de impressão digital Raman de tecidos e biofluidos, controle de qualidade de semicondutores, polímeros e materiais de carbono (grafeno, nanotubos de carbono), e imageamento biomédico in vivo e endoscopia usando sondas Raman de fibra óptica.
