Principios de análisis instrumental

436 Capítulo 18 Espectroscopia Raman <« Fibra de excitación Fibra de emisión ....e::::::::,. Muestra a) Hacia la abertura del monocromador e) FIGURA 18.8 Espectrómetro Raman con sonda de fibra óptica. En a) el objetivo de un microscopio enfoca la radiación láser en las fibras de excitación que transportan el rayo hasta la muestra. La difusión Raman es recolectada por las fibras de emisión y transportada hasta la rendija de entrada de un monocromador o hasta la entrada de un interferómetro. Un transductor de radiación, como un tubo fotomulti– plicador, transforma la intensidad de la luz difundida en una corriente proporcional o en una re lación de pulsos, b) vista del extremo de la sonda, y e) vista del extremo de las fibras de recolección en la rendija de entrada del monocromador. Los círculos sombreados representan la fibra de entrada y los círculos sin sombrear, las fibras de recolec– ción. (Adaptación de R. L. McCreery, M. Fleischmann y P. Hendra, Anal. Chem., 1983, 55, p. 146, DOI: 10.1021/ac00252a039. Copyright 1983 American Chemical Society.) Microsondas Rarnan Un accesorio de gran aceptación para los espectrómetros Raman es la microsonda Raman. Los primeros intentos en la micros– copía Raman se realizaron en los años setenta. En la actualidad, varias compañías fabrican accesorios para microsondas. En éstos, la muestra se coloca en el portaobjetos de un microscopio donde se le ilumina con luz visible. Después de seleccionar la zona que se desea ver y de ajustar el foco, la lámpara de iluminación se desac– tiva y el rayo láser de excitación se dirige hacia la muestra. Con los equipos ópticos modernos, la microsonda Raman puede con– seguir espectros de alta calidad sin preparación de la muestra, en cantidades de picogramos y con una resolución espacial de 1 1-lm. Mapeo e imagen Rarnan La espectroscopia Raman puede usarse para aplicaciones de mapeo e imágenes similares a las descritas en la sección 17.G para espectroscopia infrarroja. En el mapeo, se adquiere un espectro completo antes de que la muestra o la sonda de fibra óptica se reposicione para otro espectro. El proceso se repite hasta que se logra la resolución bidimensional deseada. Adquirir un mapa de posiciones múltiples de esta manera con un espectro en cada posición puede consumir mucho tiempo. Se han descrito técnicas de mapeo rápido para acelerar el proceso. En aplicaciones de imágenes, un área más grande se ilumina con un rayo láser parcialmente desenfocado. Al ajustar el selector de longitud de onda (filtros o monocromador), el usuario intenta aislar una banda Raman específica. La intensidad de esta banda se ve luego como una función de la posición en la imagen resultante. En la práctica, el ancho de banda aislado suele ser mayor que el de una sola banda Raman y, por lo tanto, se genera una imagen de un rango de longitudes de onda. Desde la introducción del mapeo e imágenes Raman en la década de los noventa se han descrito muchas aplicaciones diferentes. 5 Éstas incluyen áreas tan diversas como el examen de meteoritos en la búsqueda de vida extraterrestre, la identificación de materiales útiles en la ciencia forense, el examen de cáncer célu– las en el tejido mamario humano, la identificación de contami– nantes en polvos farmacéuticos y la caracterización de materiales nuevos como nanotubos de carbono y cintas de grafeno. Una de las principales ventajas de la espectroscopia Raman en aplicacio– nes biomédicas es que la información molecular puede adquirirse sin el uso de etiquetas radiactivas o fluorescentes, que pueden introducir contaminantes y perturbar la muestra. La valiosa infor– mación proporcionada por la espectroscopia Raman asegura que muy probablemente veamos un número creciente de estas aplica– ciones en el futuro. 188.3 Espectrómetros Raman Hasta comienzos de los años ochenta, los espectrómetros Raman tenían diseños semejantes y utilizaban el mismo tipo de compo– nentes que los instrumentos dispersivos ultravioleta-visible clási– cos descritos en la sección 13D.3. Casi todos empleaban sistemas de doble red para minimizar la radiación parásita y la difusión de Rayleigh que llegaba al transductor. Como transductores se uti– lizaban fotomultiplicadores. En la actualidad, la mayoría de los espectrómetros Raman que se comercializan son instrumentos de transformada de Fourier con transductores de germanio enfria– dos o instrumentos multicanal con dispositivos de acoplamiento de carga. Dispositivos y transductores para seleccionar la longitud de onda En la espectroscopia Raman se requiere un dispositivo de alta calidad para seleccionar la longitud de onda con el fin de separar las líneas Raman, relat ivamente débiles, de la intensa radiación difundida de Rayleigh . Los espectrómetros Raman dispersivos tradicionales estaban equipados con monocromadores de doble y hasta triple red con este objetivo. En los años recientes, los fil– tros de interferencia holográficos, llamados filtros de ranura o de muesca, y las redes holográficas han mejorado a tal grado que han eliminado en la práctica la necesidad de monocromadores de redes múltiples. De hecho, en la mayoría de los instrumentos dispersivos comerciales se puede encontrar la combinación de un filtro de muesca y un monocromador de red de alta calidad. Los instrumentos con monocromadores invariablemente contienen tubos fotomultiplicadores como transductores debido a las señales tan débiles que miden. La mayoría de los espectrómetros también 5 Véase para ejemplificar Infrared and Raman Spectroscopic Imaging. R. Salzer y H. W. Siesier, eds., 2a. ed., Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2014; Infrared and Raman Spectroscopy in Forensic Science, ). M. Chalmers, H. G. M. Edwards y M. D. Hairgreaves, eds., Chichester, UK: Wiley, 2012.