Raman vs SERS… ¿Cuál es la diferencia?
1 feb. 2021
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Si alguna vez ha tenido una conversación con un espectroscopista Raman sobre la viabilidad de una aplicación de detección de baja concentración, es probable que los haya escuchado decir "bueno, es posible que Raman no sea lo suficientemente sensible... ¡pero tal vez SERS funcione!” Pero, ¿cuál es la diferencia real entre estas dos técnicas y por qué se recomienda SERS (dispersión Raman mejorada en la superficie o, alternativamente, espectroscopia Raman mejorada en la superficie) para aplicaciones de baja concentración? Exploremos las diferencias técnicas entre las espectroscopias Raman y SERS, así como algunas de las consideraciones prácticas sobre cómo consideramos los datos de cada una.
En la espectroscopia Raman normal, una fuente de láser incide directamente sobre una muestra (Figura 1a). La luz láser es dispersada por los enlaces del analito, y la luz dispersada inelásticamente es recolectada y procesada en un espectro Raman. La naturaleza no destructiva de la técnica, la selectividad de las bandas Raman y la insensibilidad al agua hacen de Raman una herramienta analítica útil para estudios tanto cualitativos como cuantitativos de sistemas orgánicos e inorgánicos.
Sin embargo, durante décadas la espectroscopia Raman fue una técnica infrautilizada en aplicaciones del mundo real. Esto se puede atribuir a sus dos limitaciones principales: 1) la insensibilidad inherente de Raman, ya que solo ~ 1 en 106 los fotones incidentes se dispersan en raman; y 2) interferencia de emisión de fluorescencia, que depende de la naturaleza de la molécula del analito y de la longitud de onda de excitación utilizada. La fluorescencia es un fenómeno competitivo que es mucho más eficiente que la dispersión Raman y, por lo tanto, puede abrumar por completo la señal Raman.
Aunque dependen de la fuerza de dispersión de la molécula del analito y de la matriz de la muestra en cuestión, los límites típicos de detección para la dispersión Raman normal pueden oscilar entre ~1 y 10 % en concentración. Para ciertas aplicaciones, como la detección de enfermedades o la identificación de narcóticos, ¡este límite puede ser varios órdenes de magnitud más alto que lo que se requiere! En este caso, un científico de aplicaciones podría recomendar una medición SERS. El hardware requerido sería el mismo que para una medición Raman normal, pero se requiere un muestreo diferente para el análisis SERS. Para entender la diferencia, hablemos un poco sobre el efecto SERS.
En la década de 1970, varios grupos de investigación observaron que la señal Raman de moléculas orgánicas como la piridina aumentaba mucho cuando se adsorbía en un sustrato metálico rugoso (Figura 1b) [1–3]. Si bien surgieron varias teorías para explicar esta observación, hoy en día se acepta generalmente que el mecanismo de mejora es doble: el mecanismo de mejora electromagnética representa la contribución dominante, mientras que un mecanismo químico representa una porción más pequeña de la mejora.
