18.2: Instrumentación
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La instrumentación básica para la espectroscopia Raman es similar a la de otras técnicas espectroscópicas: una fuente o radiación, un banco óptico para llevar la fuente a la muestra y un detector adecuado.
Fuentes
Una de las características notables del espectro Raman para CCl 4 (ver Figura 18.1.1) es la baja intensidad de las líneas Stokes y las líneas anti-Stokes en relación con la línea para dispersión de Rayleigh. La baja intensidad de estas líneas requiere que usemos una fuente de alta intensidad para que haya un número suficiente de fotones dispersos para recolectar. Por esta razón, un láser es la fuente más común para la espectroscopia Raman, proporcionando una fuente monocromática de alta intensidad. En la tabla\(\PageIndex{1}\) se resumen algunos de los láseres más comunes.
| tipo de láser | longitudes de onda (nm) |
|---|---|
| Ar ion | 488.0 o 514.5 |
| Kr ion | 530.9 o 647.1 |
| É/Ne | 632.8 |
| Láser de diodo infrarrojo cercano (NIR) | 785 o 830 |
| Nd/YAG | 532 o 1064 |
La intensidad de la dispersión Raman es proporcional a\(\frac{1}{\lambda^4}\), donde\(\lambda\) está la longitud de onda de la radiación fuente; así, cuanto menor es la longitud de onda, más intensa es la intensidad de la luz dispersada. Por ejemplo, la intensidad de dispersión usando un láser de iones Ar a 488.0 nm es casi\(23 \times\) mayor que la intensidad de dispersión usando un láser Nd/YAG a 1064 nm
\[\frac{(1/480)^4}{(1/1064)^4} = 22.6 \nonumber \]
El aumento de la dispersión cuando se usa un láser de longitud de onda más pequeña tiene un costo, sin embargo, de una interferencia de la fluorescencia de especies que son promovidas a estados electrónicos excitados por la fuente. El láser de diodo NIR y el láser Nd/YAG, cuando funcionan a 1064 cm —1, discriminan contra la fluorescencia y son útiles, por lo tanto, para muestras donde la fluorescencia es un problema.
Muestras
La espectroscopia Raman tiene varias ventajas sobre la espectroscopia infrarroja. Debido a que el agua no presenta mucha dispersión Raman es posible analizar muestras acuosas; esto es una seria limitación para la espectroscopia IR donde el agua absorbe fuertemente. La capacidad de enfocar un láser en un área pequeña permite analizar muestras muy pequeñas. Una muestra líquida, por ejemplo, se puede mantener en la punta de un tubo capilar de 1 mm de diámetro interno, como el que se usa para medir los puntos de fusión. Las muestras sólidas y gaseosas pueden ser muestreadas utilizando los mismos tipos de celdas utilizadas en IR y FT-IR (ver Capítulo 17). Las sondas de fibra óptica permiten recolectar muestras de forma remota. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra la configuración básica. Un pequeño haz de fibras (mostrado en azul) trae luz desde la fuente a la muestra donde un segundo haz de fibras (mostrado en verde) lleva la luz dispersada a la hendidura que pasa luz al detector.
Banco Óptico
Los espectrómetros Raman utilizan bancos ópticos similares a los de la espectroscopia UV/Vis o IR, los cuales fueron cubiertos en el Capítulo 7. Los instrumentos dispersivos colocan la fuente láser y el detector a 90° entre sí para que cualquier emisión de alta intensidad no dispersada de la fuente láser no sea recogida por el detector. Se utiliza un filtro para eliminar la dispersión de Rayleigh. Para grabar un espectro se utiliza un monocromador de barrido o un detector multicanal. Los instrumentos de transformada de Fourier son similares a los utilizados en FT-IR e incluyen un filtro para aislar las líneas de Stokes.