¿Qué es la dispersión de Raman?

Cuando la luz viaja a través de un sólido, líquido o gas, parte de la luz se dispersará, viajando en direcciones que difieren de la de la luz entrante. La mayor parte de la luz dispersa conservará su frecuencia original; esto se conoce como dispersión elástica, siendo una dispersión de Rayleigh un ejemplo. Una pequeña proporción de la luz dispersa tendrá una frecuencia menor que la de la luz entrante y una proporción aún menor tendrá una frecuencia más alta, esto se conoce como dispersión inelástica. La dispersión de Raman es una forma de dispersión inelástica y lleva el nombre de Chandrasekkara Venkata Raman, quien recibió un Premio Nobel por su trabajo sobre el tema en 1930.

Aunque la dispersión puede considerarse como una luz simplemente reflejando partículas pequeñas, la realidad es más compleja. Cuando la radiación electromagnética, de la cual la luz es un tipo, interactúa con una molécula, puede distorsionar la forma de la nube de electrones de la molécula; la medida en que esto sucede se conoce como la polaRizabilidad de la molécula y depende de la estructura de la molécula y la naturaleza de los enlaces entre sus átomos. Después de la interacción con un fotón ligero, la forma de la nube de electrones puede oscilar a una frecuencia relacionada con la del fotón entrante. Esta oscilación a su vez hace que la molécula emita un nuevo fotón a la misma frecuencia, lo que resulta en la dispersión elástica o de Rayleigh. La medida en que ocurre la dispersión de Rayleigh y Raman depende de la polarización de la molécula.

Las moléculas también pueden vibrar, con las longitudes de enlace entre los átomos que aumentan o disminuyen periódicamente en un 10%. Si una molécula está en su estado vibratorio más bajo, a veces un fotón entrante lo empujará a un estado vibratorio más alto, perder energía en el proceso y dar como resultado que el fotón emitido tenga menos energía y, por lo tanto, una frecuencia más baja. Con menos frecuencia, la molécula ya podríaestar por encima de su estado vibratorio más bajo, en cuyo caso el fotón entrante podría hacer que vuelva a un estado más bajo, ganando energía que se emite como un fotón con una frecuencia más alta.

Esta emisión de fotones de frecuencia inferior y superior es la forma de dispersión inelástica conocida como dispersión de Raman. Si se analiza el espectro de la luz dispersa, mostrará una línea a la frecuencia entrante debido a la dispersión de Rayleigh, con líneas más pequeñas a frecuencias más bajas y líneas aún más pequeñas a frecuencias más altas. Estas líneas de frecuencia más baja y más alta, conocidas como líneas Stokes y Anti-Stokes, respectivamente, se producen a los mismos intervalos desde la línea de Rayleigh y el patrón general es característico de la dispersión de Raman.

Dado que los intervalos de frecuencia en los que aparecen las líneas de Stokes y Anti-Stokes dependen de los tipos de moléculas con los que interactúa la luz, la dispersión de Raman se puede usar para determinar la composición de una muestra de material, por ejemplo, los minerales presesEnt en un pedazo de roca. Esta técnica se conoce como espectroscopía Raman, y normalmente emplea un láser monocromático como fuente de luz. Moléculas particulares producirán un patrón único de líneas Stokes y Anti-Stokes, lo que permite su identificación.