O que é dispersão Raman com superfície aprimorada?

A dispersão Raman aprimorada na superfície é um fenômeno pelo qual os sinais de luz normalmente fracos associados à dispersão Raman se tornam muito mais poderosos e mais facilmente detectáveis. Embora a espectroscopia Raman seja um meio útil para identificar moléculas presentes em um material ou solução, ela é limitada pelo fato de o efeito ser muito fraco, com normalmente apenas um em cada 10 ⁸ fótons sujeitos a esse tipo de dispersão. A dispersão Raman aprimorada na superfície resulta nesse efeito sendo amplamente amplificado, geralmente por um fator de 10 ³ a 10 ⁶ e, em algumas circunstâncias, até 10 ¹⁵ . O aprimoramento é alcançado quando as moléculas sob investigação estão em contato com uma superfície de metal que possui rugosidade na escala de 10 a 100 nanômetros (nm) ou muito próxima a ela. Prata, ouro e cobre dão os melhores resultados e geralmente são empregados na forma de nanopartículas.

Pensa-se que o efeito seja produzido quando os plasmons são criados na superfície do metal pela luz do laser usada para obter a dispersão Raman aprimorada da superfície. Plasmons são ondas eletromagnéticas que percorrem uma curta distância através da superfície do metal quando a nuvem de elétrons do metal é estimulada pela luz. Pequenas irregularidades nas superfícies das nanopartículas parecem concentrar o efeito, o que aumenta ainda mais quando as nanopartículas estão dispostas em aglomerados. O campo eletromagnético gerado parece causar moléculas nas imediações, demonstrando uma dispersão Raman muito mais intensa do que seria normalmente o caso. Pensa-se também que a química possa desempenhar um papel em alguns casos, mas a pesquisa em direção a uma explicação completa está em andamento.

Esse efeito levou ao desenvolvimento da espectroscopia Raman aprimorada de superfície (SERS), uma técnica que ampliou consideravelmente o escopo da espectroscopia Raman, permitindo a detecção de quantidades extremamente pequenas de várias substâncias sem a necessidade de instrumentos caros. Para maximizar o efeito de espalhamento Raman aprimorado na superfície, o material sob investigação é depositado em nanopartículas de metal adequadas, geralmente em um colóide. Como na espectroscopia Raman tradicional, um laser monocromático é usado para produzir a dispersão necessária. Antes de a luz dispersa ser analisada, o sinal mais intenso devido à dispersão de Rayleigh é filtrado para evitar que ela sobrecarregue os sinais Raman.

A sensibilidade bastante aprimorada da dispersão Raman aprimorada na superfície permite que a técnica seja usada para detectar numerosos compostos químicos em pequenas quantidades. Portanto, possui aplicações em ciências forenses, monitoramento ambiental e medicina. Nanopartículas de metal podem ser introduzidas em células vivas, possibilitando o uso de SERS para investigar a atividade bioquímica celular.