Espectroscopia Raman

La espectroscopia Raman es una técnica mediante la cual se puede conocer la composición y estructura química de una molécula orgánica o inorgánica, y de este modo poder identificarla. Esta técnica se basa en la dispersión de una pequeña parte de un haz luz monocromática que se hace incidir sobre las moléculas que se quieren investigar.

Esta técnica se puede aplicar sobre el material a investigar sin necesidad de ningún tipo de preparación previa del material, y además es un procedimiento no destructivo, es decir, que no altera la superficie sobre la cual se realiza.

El efecto Raman fue descrito por primera vez por el físico  Chandrasekhara V. Raman, quien, inspirado en los trabajos realizados anteriormente sobre este tema por Rayleigh, estudió  el fenómeno de dispersión inelástica de un haz de luz, mediante la cual se pueden conocer las rotaciones y vibraciones de una molécula.  El color azul del mar se debe a este efecto descrito por Raman, y no a la reflexión del color azul del cielo sobre el mar, como supuso Rayleigh.

En la espectroscopia Raman, se hace incidir un haz de luz monocromática con frecuencia v₀ sobre las moléculas cuyas características se desean investigar, y luego se examina la luz dispersada por dicha muestra. Una gran porción de la luz dispersada tiene la misma frecuencia que el haz de luz incidente, pero una pequeña parte presenta un cambio de frecuencia, producto de la interacción de algunos fotones con la muestra. La luz dispersada que mantiene la misma frecuencia que la luz incidente, se conoce con el nombre de dispersión Rayleigh, y no nos dice nada sobre las características de  la materia estudiada. En cambio, la luz dispersada en una frecuencia distinta, que puede ser +v_r o –v_r es la conocida como dispersión Raman, y aporta datos sobre la composición química, estado físico y estructura de las moléculas estudiadas.

Existen dos tipos de dispersión Raman. Si el fotón dispersado tiene menor frecuencia que la incidente, significa que la molécula de la materia estudiada ganó algo de energía, esa energía fue perdida por el fotón, por eso la frecuencia en que es dispersado es menor que la incidente. Esta es la dispersión Raman Stokes.

En cambio, si el fotón dispersado presenta una frecuencia mayor a la incidente, significa que hubo transferencia de energía desde la molécula hacia el fotón, y esa energía ganada por el fotón se traduce en que su frecuencia de dispersión es mayor que su frecuencia incidente. Este tipo de dispersión es llamada Raman anti-Stokes.

Cada compuesto químico tendrá un conjunto característico de frecuencias de dispersión, de acuerdo con el tipo de enlace químico de sus moléculas y los átomos involucrados en estos enlaces.

Entonces, en el análisis del espectro Raman de un determinado material, observaremos una banda principal, correspondiente al efecto Rayleigh y dos bandas laterales secundarias, que representan las frecuencias dispersadas por los efectos Raman Stokes y Raman anti-Stokes.

A temperatura ambiental, la mayoría de las moléculas se encuentran en un estado de baja energía, por lo tanto, el fenómeno más probable, cuando un haz de luz monocromático incide sobre estas moléculas, es el de Raman Stokes, en el cual, como ya dijimos, el fotón cede energía a la molécula. De manera que el efecto Raman Stokes es mucho más frecuente que el anti-Stokes.