Princípios de espectroscopia Raman(5)

Um dos aspectos mais demorados da microscopia Raman é a identificação de pontos de medição em uma amostra. Isto pode ser realizado facilmente para amostras que necessitam de análises de distribuição 2D e 3D, com medidas de intervalos fixos. No entanto, para amostras posicionadas de maneira aleatória, é necessário que haja uma busca e seleção de pontos de interesse pelo próprio operador.

A função Sample search no Spectra Manager^TM pode ser utilizada para amostras particuladas ou em pó, para automaticamente analisar a imagem do microscópio e identificar a posição baseada em tamanho, contraste e/ou cor do ponto de interesse, definido pelo usuário. É possível que as medições sejam realizadas em tempo real, permitindo rápida aquisição de espectros e análise qualitativa. Esta aplicação é especialmente interessante para avaliação de materiais desconhecidos em wafers de sílica ou filmes, componentes em forma de pó na indústria farmacêutica e microplásticos.

De maneira a garantir a segurança dos lasers, estes são classificados de acordo com especificações de “Padrões de Segurança para produtos com laser”. Classe 1 corresponde a um laser cuja potência é aproximadamente igual a 0,39 mW ou menos e é necessário para o “impedimento de observação contínua de feixe”. A Jasco utiliza um mecanismo de abertura e fechamento automático da câmara de amostra, bem como um mecanismo de trava. Desta maneira, não há possibilidade de contato visual com o laser, em concordância com os requerimentos de segurança classe 1.

Adicionalmente, a possibilidade de trabalho com amostras em uma câmara fechada evita dispersões de luz fluorescente e facilita a detecção de radiações Raman de menor intensidade.

Se a amostra produz um espalhamento Raman intenso o suficiente, pode-se realizar configurações e medições dentro de 1 minuto.

De maneira geral, é não destrutiva. No entanto, se o laser com alta potência for mantido em um ponto fixo, pode-se causar danos à amostra. Geralmente, recomenda-se que se utilize um atenuador de maneira a reduzir a quantidade de irradiação de laser à amostra e aumentar o tempo de exposição possível.

A resolução espacial depende do laser, lente objetiva e tamanho da abertura confocal. O tamanho de demarcação de um feixe de laser a 532 nm segue abaixo:

Lente objetiva x100: Aprox 1 µm

Lente objetiva x50: Aprox 2 µm

Lente objetiva x20: Aprox 5 µm

Mais detalhes podem ser encontrados na definição de resolução espacial, abordada anteriormente.

Microscópios de Raman a laser utilizam óticas confocais. Um pequeno buraco é posicionado conjugadamente ao ponto focal das lentes objetivas de modo a excluir a luz oriunda de outras regiões.

Graças ao sistema ótico dos equipamentos de espectroscopia Raman acoplados a microscópio, bem como o sistema de filtro espacial duplo (DSF) e a alta resolução de 1 µm, é possível avaliar com clareza materiais como filmes plásticos com impurezas e outros tipos de materiais incorporados, sem problema algum.

Tudo depende da lente objetiva, como pode ser encontrado na tabela abaixo.

Tabela 2- distância de trabalho de lentes objetivas

Podemos definir três benefícios:

1. Redução de danos à amostra

2. Evitar a fluorescência. A fluorescência emitida por um laser de 532 nm pode ser eliminada empregando um laser de 785 nm (figura 19)

3. Aumento de sensibilidade através do efeito de ressonância Raman. A figura 20 mostra o espectro da gema de um ovo cozido. Neste caso alguns picos são fracamente observados em comprimentos de onda como 532 ou 633 nm, mas podem ser observados com o laser de 785 nm.

Isso pode ser necessário em trabalhos com lasers de 532 nm ou em situações de necessidade de aumento de resolução. Como demonstra a figura abaixo, os espectrofotômetros da Jasco permitem que até quatro grades diferentes sejam montadas e que possam ser facilmente intercambiáveis. Na figura 22, pode-se perceber o excelente desempenho de uma grade de 2400 gr/mm.

A Jasco utiliza o laser verde de 532 nm, considerando fatores como possibilidade dano à amostra, facilidade de operação, qualidade do laser, facilidade de alinhamento e durabilidade.

Os comprimentos de onda de trabalho disponíveis são 244, 257, 325, 441, 488, 514.5, 632.8, 785 and 1064 nm. Os comprimentos de onda de 244 e 257 nm podem ser utilizados em medições fotométricas de ressonância Raman e uma grande quantidade de semicondutores (GaN e SiC). Comprimentos de onda de 785 e 1064 nm são recomendados para trabalhos com amostras fluorescentes ou biológicas.

Ao se trabalhar com um laser de 1064 nm, um detector InGaAs deve ser utilizado para que luz oriunda do espalhamento Raman seja detectado. A troca automática de lasers, grades e detectores permitem fácil e rápido manuseio do equipamento.

O laser de 1064 nm pode ser empregado para evitar interferência de amostras que apresentam fluorescência em operações com lasers de menor comprimento de ondas como 532, 633 e 785 nm, como demonstra a figura 23.

As configurações de lasers, grades de difração e lentes objetivas são trocados automaticamente através de comandos do software.

Dependendo do alcance programado pelo equipamento, pode-se chegar a dimensões máximas de 75 mm (comprimento) x 50 mm (largura) x 30 mm (altura). Com a remoção do suporte, pode-se aumentar a altura para 80 mm.

Aquecimento e resfriamento de amostras podem ser realizados através do emprego de um suporte de controle de temperatura. A figura 25 apresenta a medição de trealose em temperatura constante de 80 ºC em intervalos de 1 minuto. O perfil do espectro abaixo de 500 cm-1 indica uma transição de fase entre estruturas amorfa e cristalina.

É possível, porém, recomenda-se que o espectrofotômetro Raman portátil seja utilizado nesta situação. Na figura 26, pode-se observar o equipamento Jasco sendo empregado na análise não destrutiva de pinturas em uma igreja.