¿Cómo funciona la espectroscopia láser?

En la espectroscopia láser, los químicos entrenan un rayo láser en una muestra, produciendo una fuente de luz característica que puede ser analizada por un espectrómetro. Pero la espectroscopia láser cae en varias escuelas diferentes, dependiendo de qué tipo de químicos láser favorecen y qué aspecto de la respuesta excitada de un átomo estudian. Veamos algunos de estos más de cerca.

Nombrada en honor al científico indio que la descubrió, C.V. Raman, la espectroscopia Raman mide la dispersión de la luz monocromática causada por una muestra. El haz de un láser de iones de argón es dirigido por un sistema de espejos a una lente, que enfoca la luz monocromática en la muestra. La mayoría de la luz que rebota en la muestra se dispersa a la misma longitud de onda que la luz entrante, pero parte de la luz se dispersa a diferentes longitudes de onda. Esto sucede porque la luz del láser interactúa con los fonones, o vibraciones naturales presentes en las moléculas de la mayoría de las muestras sólidas y líquidas. Estas vibraciones hacen que los fotones del rayo láser ganen o pierdan energía. El cambio de energía proporciona información sobre los modos de fonón en el sistema y, en última instancia, sobre las moléculas presentes en la muestra.

La fluorescencia se refiere a la radiación visible emitida por ciertas sustancias debido a la radiación incidente a una longitud de onda más corta. En la fluorescencia inducida por láser (LIF), un químico activa una muestra generalmente con un láser de nitrógeno solo o con un láser de nitrógeno en combinación con un láser de colorante. Los electrones de la muestra se excitan y saltan a niveles de energía más altos. Esta excitación dura unos pocos nanosegundos antes de que los electrones regresen a su estado de tierra. A medida que pierden energía, los electrones emiten luz, o fluorescencia, a una longitud de onda mayor que la longitud de onda del láser. Debido a que los estados de energía son únicos para cada átomo y molécula, las emisiones de fluorescencia son discretas y pueden utilizarse para la identificación.

LIF es una herramienta analítica ampliamente utilizada con muchas aplicaciones. Por ejemplo, algunos países han adoptado la LIF para proteger a los consumidores de las hortalizas contaminadas con plaguicidas. La herramienta en sí consiste en un láser de nitrógeno, un cabezal sensor y un espectrómetro, todo ello empaquetado en un pequeño sistema portátil. Un inspector agrícola dirige el láser sobre una verdura, digamos, hojas de lechuga, y luego analiza la fluorescencia resultante. En algunos casos, los plaguicidas pueden identificarse directamente. En otros casos, deben ser identificados en base a cómo interactúan con la clorofila, el pigmento verde presente en todas las hojas.

La espectroscopia de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente por láser (LA-ICP-OES) tiene un nombre ridículamente complicado, así que comencemos con ICP, que es el corazón de la técnica analítica. La "P" en ICP significa plasma, un gas ionizado que consiste en iones positivos y electrones libres. En la naturaleza, los plasmas generalmente se forman sólo en las estrellas, donde las temperaturas son lo suficientemente altas como para ionizar el gas. Pero los científicos pueden crear plasmas en el laboratorio usando algo conocido como antorcha de plasma. La antorcha consiste en tres tubos concéntricos de sílice rodeados por una bobina metálica. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, se crea un campo magnético, que a su vez induce corrientes eléctricas en un gas, generalmente argón, que se deja pasar a través de los tubos de sílice. Esto excita el gas argón y crea el plasma. Una boquilla en el extremo de la antorcha actúa como salida para el plasma.

Ahora el instrumento está listo para analizar una muestra. En la versión basada en láser de ICP-OES, se utiliza un láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG) para cortar o ablacionar unas pocas partículas microscópicas de la superficie de la muestra. Esto significa que el análisis no se limita a los líquidos, sino que los sólidos también son un juego limpio. Las partículas extirpadas son transportadas a la antorcha de plasma, donde se excitan y emiten luz.

La espectroscopia de degradación inducida por láser (LIBS) es similar a la LA-ICP-OES, excepto que el láser ablanda la muestra y crea el plasma.

(0 votes)