¿Qué es la dispersión Raman mejorada en superficie?

La dispersión Raman mejorada en la superficie es un fenómeno por el cual las señales de luz normalmente débiles que están asociadas con la dispersión Raman se vuelven mucho más potentes y más fácilmente detectables. Si bien la espectroscopía Raman es un medio útil para identificar moléculas presentes en un material o solución, está limitada por el hecho de que el efecto es muy débil, y normalmente solo uno de cada 10 ⁸ fotones entrantes está sujeto a este tipo de dispersión. La dispersión Raman mejorada en la superficie da como resultado que este efecto se amplifique enormemente, generalmente por un factor de 10 ³ a 10 ⁶ , y en algunas circunstancias hasta 10 ¹⁵ . La mejora se logra cuando las moléculas bajo investigación están en contacto con, o muy cerca de, una superficie metálica que tiene una rugosidad en la escala de 10-100 nanómetros (nm). La plata, el oro y el cobre dan los mejores resultados, y generalmente se emplean en forma de nanopartículas.

Se cree que el efecto se produce cuando los plasmones se crean en la superficie metálica mediante la luz láser utilizada para lograr una dispersión Raman mejorada en la superficie. Los plasmones son ondas electromagnéticas que recorren una corta distancia a través de la superficie del metal cuando la nube estimula la nube de electrones del metal. Las pequeñas irregularidades en las superficies de las nanopartículas parecen concentrar el efecto, que aumenta aún más cuando las nanopartículas están dispuestas en grupos. El campo electromagnético generado entonces parece causar que las moléculas en las inmediaciones demuestren una dispersión Raman mucho más intensa de lo que normalmente sería el caso. También se cree que la química podría jugar un papel en algunos casos, pero la investigación hacia una explicación completa está en curso.

Este efecto ha llevado al desarrollo de la espectroscopía Raman de superficie mejorada (SERS), una técnica que ha ampliado enormemente el alcance de la espectroscopía Raman, permitiendo la detección de cantidades extremadamente pequeñas de diversas sustancias sin la necesidad de instrumentos costosos. Para maximizar el efecto de dispersión Raman mejorado en la superficie, el material bajo investigación se deposita en nanopartículas metálicas adecuadas, a menudo en un coloide. Al igual que con la espectroscopía Raman tradicional, se utiliza un láser monocromático para producir la dispersión requerida. Antes de analizar la luz dispersa, la señal más intensa debido a la dispersión de Rayleigh se filtra para evitar que abrume las señales Raman.

La sensibilidad enormemente mejorada de la dispersión Raman mejorada en la superficie permite utilizar la técnica para detectar numerosos compuestos químicos en cantidades traza. Por lo tanto, tiene aplicaciones en ciencias forenses, monitoreo ambiental y medicina. Las nanopartículas metálicas se pueden introducir en las células vivas, lo que permite utilizar SERS para investigar la actividad bioquímica celular.