Espectroscopia FT Raman

Durante la última década la espectroscopia Raman (ER) se ha convertido en una técnica analítica importante en diversas áreas de la ciencia moderna y, en particular, en Ciencias de la Tierra. La ER debe su nombre al físico hindú Sir Chandrasekhara Venkata Raman, que en 1930 recibió el Premio Nobel de Física por su observación en 1928 del fenómeno de dispersión inelástica de la luz.  Las posibilidades de la dispersión de Raman fueron consideradas durante mucho tiempo sólo desde el punto de vista teórico, como una curiosidad científica ya que sus intensidades de dispersión eran muy débiles y por lo tanto muy difíciles en la detección espectroscópica.

El descubrimiento de los láseres por dos físicos rusos Nicolás Básov y Alejandro Prójorov (Premio Nóbel de Física 1964 por investigaciones fundamentales en radiofísica cuántica que permitieron crear distintos tipos de láseres y máseres) a mediados del siglo XX ha permitido de nuevo poner en marcha el estudio de este fenómeno ya que el láser, con sus propiedades de gran intensidad, monocromaticidad y elevada direccionalidad (entre otras) se iba a convertir en la fuente de excitación idónea para ER.

La invención del láser (fuentes comerciales vendidas al principio de los ’70) y detectores CCD (Charged Coupled Devices) de estado sólido (comercialmente disponible a mediados de los ’80), así como también la idea de acoplar ER y microscopía óptica (entre 1975 y 1983) han permitido diseñar en Francia la primera generación del instrumento Raman MOLE (Molecular Optical Laser Examiner). Con este tipo de instrumento se llevaron a cabo las primeras investigaciones de los minerales y varios materiales gemológicos (Dhamelincourt, Bisson, 1977; Dele-Dubois et al., 1980, 1986; Pinet et al., 1992).

La ER ha conseguido actualmente un lugar relevante entre las técnicas no destructivas (Ostrooumov, 2001, 2011) para el estudio sofisticado de los minerales (sobre todo en sus aspectos cristaloquímicos, geoquímicos y petrológicos), así como también de las gemas (Gemología), objetos arqueológicos y de patrimonio cultural (Arqueometría). Durante los últimos años la ER se usa ampliamente en diversas ciencias planetarias: astrobiología, estudio de meteoritos y análogos terrestres de Marte.

Las ventajas fundamentales de esta técnica son su carácter no destructivo y su alta resolución lateral espacial (cercana a 1 mm) lo que la sitúa como una poderosa herramienta para el análisis de diversos materiales y objetos en Ciencias de la Tierra.

Las otras principales ventajas de la ER son las siguientes:

- no requiere preparación de la muestra,

- no hay contacto con la muestra,

- diversidad de muestras: la muestra puede ser sólido, líquido o gas,

- las muestras pueden ser opacas o transparentes: polvo microcristalino (10^-12 g), cristal solo (hasta de 1 μm), tableta prensada de una mezcla de polvos, formación natural en la superficie o en la profundidad de un cristal de diferente dimensión y naturaleza,

- el rango de trabajo es de 25 hasta 4000 cm^-1 en un simple registro, dentro del cual permite caracterización de compuestos inorgánicos y orgánicos,

- se pueden analizar: en la parte baja 100 cm^-1 como estándar; en medio acuoso y solvente; a través de plástico, vidrio, cuarzo, y zafiro,

- alta resolución espectral (0.001 cm^-1),

- rapidez en la adquisición de espectros (10^-12 seg),

- se pueden usar fibra óptica hasta 100 metros,

- posibilidad de investigación de soluciones acuosas y fusiones producidas por temperaturas altas,

- existen diversas librerías Raman en la WEB (http://www.mineralog.net).

- respecto a la microsonda electrónica este método tiene la ventaja de poder analizar áreas que no salen a la superficie de la muestra, como inclusiones de minerales; igualmente, se analiza en la actualidad el contenido químico de las fases líquidas, sólidas y de vapor dentro de las inclusiones fluidas, aportando una enorme cantidad de datos adicionales al estudio microtermométrico y geoquímico de las últimas.

No obstante, existe una serie de factores que pueden obstaculizar la obtención de los espectros Raman. Entre ellos se encuentran la luminiscencia, opacidad del mineral para la radiación excitada y dispersión de la radiación monocromática por las heterogeneidades. Algunas de estas desventajas (por ejemplo, la luminiscencia) fueron superadas en los últimos años, utilizando el método FT-Raman con fuente láser en la región del infrarrojo cercano.

Sería conveniente mencionar que hasta la fecha no se han creado los bancos de datos de la FT-Raman espectroscopía de minerales, materiales gemológicos y objetos arqueométricos. Considerando lo anterior, entre los objetivos de este trabajo aparece también la necesidad de creación de una nueva base de datos de la FT-Raman espectroscopía de los minerales. Esta nueva base de datos serviría como el elemento indispensable para la resolución correcta de diversos problemas pendientes en Ciencias de la Tierra y las investigaciones afines (por ejemplo, en Gemología y Arqueometría).

         El presente trabajo es un texto que resultará útil a estudiantes y geocientíficos que tienen interés en conocer las nuevas técnicas analíticas, en este caso la ER, y quisieran comenzar el uso de este método en sus propias investigaciones en Ciencias de la Tierra. El carácter multifacético, diversas ventajas analíticas y las aplicaciones prácticas muestran el enorme potencial de la técnica Raman en geociencias.