Principios de análisis instrumental

434 Capítulo 18 Espectroscopia Raman «< Celda de la muestra o Fuente deii<Íser ! Transductor L · de radiación! Sistema de datos de la computadora FIGURA 18.6 Diagrama de bloques de un espectrómetro Raman. La radiación de rayo láser se dirige hacia la ce lda de la muestra. La difu– sión Raman se mide por lo regular en áng ulos rectos para evitar ve r la fuente de radiación. Un selector de longitud de onda aísla la región del espectro deseada. El transductor convierte la señal Raman en una seña l eléctrica proporcional que es procesada mediante el sistema de datos de la computadora. 188.1 Fuentes Las fuentes utilizadas en la espectrometría Raman moderna son casi siempre rayos láser porque su alta intensidad es necesa– ria para producir difusión Raman lo suficientemente intensa como para poderse medir con una relación seiial-ruido razona– ble. En la tabla 18.1 se enumeran cinco de los rayos láser más utilizados en la espectroscopia Raman. Como la intensidad de la dispersión Raman varía con la cuarta potencia de la frecuencia, las fuentes de ion argón y criptón, que emiten en la región azul y ve rde del espectro, tienen esta ventaja sobre las otras fuentes de la tabla. Por ejemplo, la línea del ion argón a 488 nm proporciona líneas Raman que son casi tres veces más intensas que las que produce la fuente helio/neón, para la misma potencia de entrada. No obstante, estas fuentes de longitud de onda corta tienen la capacidad de ocasionar fluorescencia importante, así como foto– descomposición de la muestra. Las dos últimas fuentes de la tabla, que emiten radiación del infrarrojo cercano, se usan cada vez más como fuentes de excita– ción porque presentan dos ventajas importantes sobre los rayos láser de longitud de onda más corta. La pr imera es que pueden funcionar a potencias muy superiores (hasta 50 W) sin ocasionar fotodescomposición de la muestra. La segunda es que carecen de energía suficiente para poblar una cantidad importante de estados electrónicos energéticos capaces de producir fluorescencia en la mayoría de las moléculas. Por tanto, la fluorescencia es en general TABLA 18.1 Algunas fue ntes láser comunes en es pectroscopia Raman Zrip~·d:e· Iáser .. ·.·- .~ .: · ·~ ~ .;<i~;git~dd~·~nd~, ~m · ' ..__ -- < "' •• - - • • ~----""-•"" •• ~~- ' • - ••"' • ~-- "'~ -· • • - Ion de argón 488.0 ó 514.5 Ion de criptón 413.1, 530.9, 647.1 Helio-neón 632.8 Diodo 660-880 Nd-YAG 1064 - mucho menos intensa o inexistente con estos rayos láser. El rayo láser de Nd-YAG (siglas en inglés de granate de aluminio e itrio impurificado con iones de neodimio) que se usa en los espectró– metros Raman de transformada de Fourier es particularmente efectivo para eliminar la fluorescencia. Las dos líneas del láser de diodos en serie a 785 y 830 nm también reducen en gran medida la fluorescencia en la mayoría de los casos. La longitud de onda de excitación se debe escoger con todo cuidado en la espectrometría Raman. No sólo la fotodescom– posición y la fluorescencia representan problemas, sino que las muestras con color y algunos disolventes son capaces de absorber la radiación Raman incidente o dispersada. Por consiguiente, se requiere más de una fuente o varias fuentes de longitudes de onda múltiples. 188.2 Sistema de iluminación de la muestra La manipulación de las muestras en espectroscopia Raman es más sencilla que en espectroscopia en el infrarrojo porque se puede usar vidrio para las ventanas, las lentes y otros componentes ópticos, en lugar de los haluros cristalinos que resultan más frágiles y menos estables en la atmósfera. Además, la fuente láser se puede enfocar con facilidad sobre una zona pequeña de la muestra y la radiación emitida también se puede enfocar de manera eficaz sobre la rendija de entrada o salida de un espectrómetro. El resultado es que se pue– den examinar muestras muy pequeñas. De hecho, un portamuestras común para muestras líquidas no absorbentes es un capilar ordina– rio como los que se usan para medir el punto de fusión. Muestras gaseosas Por lo regular, los gases están contenidos en recipientes de vidrio de 1 a 2 cm de diámetro y de casi 1 mm de espesor. También se puede introducir el gas en tubos capilares pequeños y luego sellarlos. En el caso de dispersores débiles, se puede utilizar un aparato externo de pasos múltiples con espejos que se muestra en la figura 18.7a. La difusión Raman resultante perpendicular al tubo de la muestra y al haz láser de excitación se enfoca luego en la rendija de entrada del espectrómetro mediante una lente potente (L2 en la figura). Muestras líquidas Los líquidos pueden estar contenidos en embudos, tubos de vidrio o capilares sellados. En la figura 18.7 by e se muestran dos de los diversos sistemas para iluminar líquidos. En la figura 18.7b se ilustra una celda capilar. Los capilares pueden medir de 0.5 a 0.1 mm de diámetro y 1 mm de largo. Los espectros de volúme– nes de muestra en nanolitros se pueden obtener mediante celdas capilares. Una celda cilíndrica grande, como la que se ilustra en la figura 18.7c, se utiliza si se desea reducir el calentamiento local, sobre todo en las muestras absorbentes. El rayo láser se enfoca en una zona cercana a la pared para reducir al mínimo la absor– ción del rayo incidente. Con frecuencia se consigue una reducción mayor del calentamiento local si se hace girar la muestra con un mo– tor adjunto. La ventaja principal en cuanto a la manipulación de la mues– tra en espectroscopia Raman, comparada con la espectroscopia en el infrarrojo, es que el agua es un dispersor Raman débil que absorbe fuertemente la radiación infrarroja. Por ello, las disolu– ciones acuosas se pueden estudiar por espectroscopia Raman, pero