O assunto de hoje é a espectroscopia Raman. Uma técnica muito utilizada na física, química e biologia para analisar a estrutura molecular dos materiais.
O princípio físico por trás da espectroscopia Raman
Quando uma luz monocromática interage com uma molécula, os fótons (partículas elementares da luz) são dispersos. A maioria dos fótons dispersos têm o mesmo comprimento de onda \lambda da luz incidente, é o chamado espalhamento de Rayleigh, ou elástico. Uma minoria dos fótons é espalhada em comprimentos de onda diferentes, este fenômeno é chamado de espalhamento (Scattering) ou desvio Raman.
Como as moléculas dispersam a luz? Quando um elétron interage com um fóton incidente, o elétron ganha energia e passa para um estado virtual de maior energia. Este estado virtual é instável, um fóton é emitido e o elétron volta para o estado energético anterior. Esta é a dispersão Rayleigh. Uma minoria dos elétrons não volta ao nível anterior ao emitir um fóton, ficam em um estado de vibração. Se a luz na saída tiver uma frequência menor, o desvio é chamado de Stokes. Se a frequência for maior, o desvio é anti-Stokes.
A energia absorvida e emitida E pelo elétron segue a seguinte equação:
E=h\cdot \nu
Onde \nu é a frequência em Hz e h é a constante de Plack, cujo valor é 6,6261\cdot 10^{-34}J\cdot s.
O microscópio Raman
É o instrumento usado para identificar o material. Todo microscópio Raman possui um laser de estado sólido de alta intensidade (Excitation Light), geralmente, os comprimentos de onda dos lasers são de 532, 785 e 1064 nm. Esta luz passa por uma lente objetiva (Objective Lens) antes de chegar na amostra (Sample).
O feixe monocromático é espalhado pela amostra, a luz com dispersão elástica (Elastic Scattered Light) é filtrada (Notch Filter), enquanto a luz com espalhamento inelástico é difratada (Grating). Uma matriz de sensores CCD detecta e amplifica a luz, transmitindo o sinal para ser analisado por um software em um computador.
Polarizabilidade
Cada molécula tem um desvio Raman diferente, como uma assinatura. A dispersão depende da polarizabilidade, que é a medida da distorção da nuvem de elétrons da molécula na presença de um campo elétrico.
Desvantagens e limitações
- Não pode ser usada em metais ou ligas.
- O desvio Raman é fraco, portanto tem baixa sensibilidade. Pode ser corrigido com algumas técnicas.
- Não pode ser usada em materiais fluorescentes, pois interferem na luz detectada.
- Amostras que absorvem muita luz aumentam a temperatura, podendo causar mudanças na estrutura molecular e entrar em combustão.
Existe um outro método de espectroscopia chamado FTIR, mas será assunto para um outro post.
Algumas aplicações práticas
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