Comparación entre microscopios SPELEC RAMAN y microscopios Raman estándar

Las mediciones se realizaron utilizando un instrumento SPELEC RAMAN (láser de 785 nm), una sonda Raman correspondiente a la longitud de onda del láser y una celda espectroelectroquímica Raman para electrodos serigrafiados. Esta celda (Figura 1) tiene un pequeño soporte de crisol de aluminio para facilitar la caracterización óptica precisa de muestras sólidas y líquidas.

Se colocó una muestra de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) en el crisol de aluminio para obtener el espectro Raman característico.

El instrumento SPELEC RAMAN se controló con DropView SPELEC, un software dedicado para mediciones electroquímicas, espectroscópicas y espectroelectroquímicas. Todo el hardware y software utilizado para este estudio se recopila en la Tabla 1.

Se deben tener en cuenta diferentes aspectos para comparar las mediciones realizadas con SPELEC RAMAN y un microscopio Raman estándar.

Aunque los microscopios Raman estándar se limitan tradicionalmente a tamaños de punto del orden de 0,5–10 µm, el diámetro del punto láser depende de la longitud de onda del láser y del objetivo utilizado. Los espectros Raman recopilados con microscopios confocales permiten la caracterización de áreas muy pequeñas debido al diámetro diminuto del punto, pero proporcionan información limitada en el análisis masivo y microscópico. Por ejemplo, el pequeño tamaño del punto puede causar interpretaciones erróneas en muestras no homogéneas cuando la respuesta Raman de un área específica se considera representativa de toda la muestra.

La Figura 2a muestra los espectros Raman registrados con un microscopio Raman estándar en cuatro posiciones diferentes de una muestra de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). No sólo la intensidad, sino también la relación de las bandas D y G (ID/IG), situadas a 1350 cm-1 y 1598 cm-1, respectivamente, difieren según la posición: 0,679, 0,843, 0,837 y 0,448 (ID/IG promedio = 0,702, RSD = 26,44%).

El mayor tamaño del punto de SPELEC RAMAN (190 µm de diámetro práctico de la sonda Raman) permite la caracterización de un área más amplia en un solo experimento. Con SPELEC RAMAN, un espectro Raman es representativo del sistema analizado. Esto evita la necesidad de realizar mediciones adicionales, ahorrando tiempo y costos. Aquí, la misma muestra de SWCNT que se analizó previamente en la Figura 2a se caracterizó con SPELEC RAMAN (Figura 2b). La relación obtenida con SPELEC RAMAN en un solo espectro, ID/IG = 0,701, coincide exactamente con el promedio de los cuatro espectros tomados con el microscopio Raman.

Para evaluar la reproducibilidad de SPELEC RAMAN, se registraron tres espectros adicionales en la misma muestra y se obtuvieron las siguientes relaciones: 0,733, 0,726 y 0,713. El promedio de las cuatro mediciones da como resultado los siguientes valores: ID/IG = 0,718 y RSD = 1,97%. A continuación, se demuestra la buena reproducibilidad de las mediciones realizadas con el láser de punto de 190 µm de SPELEC RAMAN.

Además, con SPELEC RAMAN se puede aplicar una mayor potencia láser a la muestra. Esto se debe a que la gran área focal (0,028 mm2) de la muestra permite distribuir la energía.

La sonda Raman se puede adaptar fácilmente a una amplia variedad de configuraciones diferentes, lo que demuestra la versatilidad de SPELEC RAMAN. La distancia focal óptima de la sonda Raman (8 mm) facilita su combinación con diferentes celdas; no se limita a las celdas Metrohm DropSens (Figura 3) y permite el estudio de diferentes procesos electroquímicos y la caracterización de una gran cantidad de muestras. La sonda Raman se puede personalizar y adaptar a aplicaciones industriales y de laboratorio específicas. Sin embargo, los conectores universales del instrumento SPELEC RAMAN (FC/PC y SMA905 para fibras de excitación y recolección, respectivamente) permiten el acoplamiento con un microscopio Raman en caso de que sea necesario para estudios posteriores.

Los microscopios Raman tradicionales tienen un compartimento específico para las muestras, por lo que las celdas deben diseñarse según las especificaciones de cada instrumento (compartimento de muestra, objetivos, distancia focal, etc.).

Aparte de la fuente láser de excitación y el espectrómetro, los microscopios Raman requieren más componentes (por ejemplo, el módulo del microscopio) que aumentan el precio. SPELEC RAMAN es un instrumento totalmente integrado con láser, espectrómetro y potenciostato/galvanostato combinados en una única carcasa.

El pequeño tamaño (25 × 24 × 11 cm) de SPELEC RAMAN lo convierte en un instrumento fácilmente transportable; no requiere una ubicación fija ni un mobiliario específico para su funcionamiento. Además, las pequeñas dimensiones de este instrumento Metrohm DropSens permiten su uso en una caja de guantes sin problemas.