Espectroscopia Raman desplazada espacialmente

La espectroscopia Raman con desplazamiento espacial (SORS) es una variante de la espectroscopia Raman que permite el análisis químico de alta precisión de objetos ocultos bajo superficies oscuras, como tejidos, recubrimientos y botellas. Entre sus usos se incluyen el análisis de: hueso bajo la piel, comprimidos dentro de botellas de plástico, explosivos dentro de contenedores y comprimidos falsificados dentro de blísteres. También se han producido avances en el desarrollo de diagnósticos médicos profundos no invasivos mediante SORS con la esperanza de poder detectar tumores de mama.

La espectroscopia Raman se basa en la dispersión inelástica de la luz monocromática para producir un espectro característico de una muestra. La técnica suele utilizar los fotones desplazados al rojo producidos por la luz monocromática que pierde energía debido al movimiento vibracional dentro de una molécula. El cambio de color y la probabilidad de dispersión inelástica son característicos de la molécula que dispersa el fotón. Una molécula puede producir de 10 a 20 líneas principales, aunque esto está limitado únicamente por el número de enlaces y las restricciones de simetría. Cabe destacar que el espectro producido por una mezcla forma una combinación lineal de los espectros de los componentes, lo que permite determinar el contenido químico relativo mediante una simple medición espectroscópica mediante análisis quimiométrico.La espectroscopia Raman convencional se limita a la superficie cercana de objetos con dispersión difusa. Por ejemplo, en el caso de los tejidos, se limita a los primeros cientos de micrómetros de profundidad del material superficial. La espectroscopia Raman se utiliza para este fin en muchas aplicaciones donde su alta especificidad química permite el mapeo químico de superficies, por ejemplo, el mapeo de tabletas. La medición más allá de la superficie de muestras con dispersión difusa es limitada debido a que la intensidad de la señal es alta en la región de excitación del láser, lo que predomina en la señal recolectada.La técnica básica SORS fue inventada y desarrollada por Pavel Matousek, Anthony Parker y colaboradores del Laboratorio Rutherford Appleton del Reino Unido. El método se basa en que la mayoría de los materiales no son completamente transparentes a la luz ni la bloquean por completo, sino que tienden a dispersarla. Un ejemplo es cuando un puntero láser rojo ilumina la punta de un dedo: la luz se dispersa por todo el tejido del dedo. Dondequiera que la luz se dirija, se producirá cierta dispersión inelástica debido al efecto Raman, por lo que, en algún momento, la mayoría de las partes de un objeto generarán una señal Raman detectable, incluso si no está en la superficie. La clave del SORS reside en realizar una medición que evite la región de excitación dominante.Una medición SORS generará al menos dos mediciones Raman: una en la fuente y otra en una posición desplazada, típicamente a unos pocos milímetros de distancia. Los dos espectros pueden restarse mediante una sustracción escalada para obtener dos espectros que representan los espectros del subsuelo y de la superficie. En un sistema simple de dos capas, como el polvo en una botella de plástico, el espectro del polvo puede medirse sin conocer el material de la botella ni su contribución relativa a la señal. Realizar esto sin una medición desplazada se vería severamente limitado por el ruido de disparo de fotones generado por las señales Raman y de fluorescencia provenientes de la capa superficial.La sustracción escalada funciona bien en sistemas de dos capas, pero ejemplos más complejos, como aquellos en los que el material suprayacente contiene componentes incluidos en la subcapa (por ejemplo, tejido vivo), pueden requerir un análisis multivariable. Cuando se utilizan técnicas multivariables, como el análisis de componentes principales, es necesario obtener varios espectros a diferentes distancias de desplazamiento. A medida que aumenta el desplazamiento espacial, aumenta la proporción de la contribución espectral subsuperficie/superficie. Sin embargo, la señal total también disminuye al aumentar el desplazamiento, por lo que la proporción no puede aumentar indefinidamente en una medición práctica.El SORS inverso es una subvariante útil del SORS que mejora ciertas mediciones, como el análisis de tejido in vivo. En lugar de utilizar una geometría de recolección puntual y un punto circular para la iluminación, se puede mantener una desviación constante iluminando la muestra con un anillo de luz centrado en la región de recolección. Esto ofrece varias ventajas, como la reducción de la densidad de potencia total y la posibilidad de manipular fácilmente la distancia de desviación.La espectroscopia Raman con desplazamiento microespacial (micro-SORS) combina SORS con la microscopía. La principal diferencia entre SORS y micro-SORS reside en la resolución espacial: mientras que SORS es adecuada para el análisis de capas milimétricas, micro-SORS permite la resolución de capas delgadas a escala micrométrica.