Comme discuté dans de précédents articles, la spectroscopie Raman est une technique analytique en pleine expansion utilisée dans une grande variété d'industries pour l'identification de matériaux, mais avec autant d'options laser différentes, il peut être un peu difficile de comprendre quel laser convient le mieux à quelle application. Afin de dissiper un peu la confusion entourant ce problème, nous avons publié en août dernier une note d'application intitulée «Lasers multimodes contre monomodes pour la spectroscopie Raman», dans laquelle nous expliquions le pour et le contre de ces deux catégories de lasers, et fait des recommandations qui sont préférables dans différentes applications. Dans cet article de blog, nous allons examiner un autre aspect essentiel pour choisir le laser à utiliser, la longueur d'onde. Cet article n’est nullement exhaustif et n’explore pas les effets de résonance ou la plasmonique de surface, mais vous fournit les bases nécessaires pour déterminer rapidement quelle longueur d’onde de
laser 473nm convient le mieux aux applications Raman les plus courantes.
La spectroscopie Raman mesure la structure des modes de vibration d'une molécule en collectant la lumière laser inélastiquement dispersée et en calculant la différence de fréquence entre la lumière diffusée et le laser à excitation. Ce décalage résulte de la dispersion inélastique du photon hors de la molécule, où il excite le mode de vibration transférant de l'énergie à la molécule et donc à la perte d'énergie du photon détectée sous la forme d'un décalage de longueur d'onde. Etant donné que les spectres Raman sont calculés en fonction de la différence d'énergie entre la lumière incidente et la lumière diffusée, cela signifie que l'effet Raman est indépendant de la longueur d'onde du laser. Bien que cela soit vrai, il y a une grande variété de considérations pratiques à comprendre lors du choix de la longueur d'onde de votre laser. Les trois principaux facteurs à prendre en compte lors de la sélection de la longueur d'onde d'excitation sont l'efficacité de la diffusion, l'autofluorescence et la disponibilité du détecteur. Ainsi, bien que cet article de blog ne soit pas destiné à entrer dans la physique derrière l'une de ces trois propriétés, il devrait servir de guide général pour choisir la longueur d'onde à choisir.
Tout comme dans le cas plus courant de la diffusion de Rayleigh, l'efficacité de l'effet Raman est inversement proportionnelle à la longueur d'onde portée à la 4e puissance. Ce qui signifie que pour chaque 16% de la longueur d'onde du laser, le nombre de photons doubles est réduit de manière inélastique, et une réduction de 50% de la longueur d'onde entraîne une augmentation de 16 fois de l'intensité du signal. Par conséquent, il semblerait évident qu'un laser de longueur d'onde plus courte est toujours la meilleure option, mais lorsque nous prenons en compte les deux autres considérations, les choses se compliquent. Le principal défi de la spectroscopie Raman est sa force de signal relativement faible par rapport à la fluorescence, et la plupart des molécules complexes présentent une auto-fluorescence lorsqu'elles sont excitées avec la lumière ultraviolette et visible. En conséquence, la plupart des échantillons organiques et biologiques doivent être excités dans le proche infrarouge pour éviter que le signal Raman ne soit noyé par le fond de fluorescence. La dichotomie étrange créée par ces effets concurrents, où une diminution de la longueur d'onde produira une plus grande intensité du signal tout en augmentant le bruit de fond (auto-fluorescence) est le facteur le plus important qui explique la multiplicité des longueurs d'onde laser utilisé en spectroscopie Raman.
La dernière et dernière considération est la disponibilité de la technologie de détection actuelle. La grande majorité des réseaux de détecteurs linéaires haute résolution utilisés en spectroscopie sont à base de silicium, ce qui signifie qu'ils ne peuvent détecter que des longueurs d'onde allant jusqu'à environ 1,1 micron. Cela limite encore la plage d’excitation qui peut être utilisée. En conséquence, la majeure partie du secteur a opté pour une longueur d’onde d’excitation standard de 785 nm pour la spectroscopie Raman. En utilisant un laser à 785 nm et un détecteur au silicium, vous pouvez mesurer environ 3 000 nombres d’ondes de décalage Raman, sans induire d’auto-fluorescence dans la plupart des échantillons. Pour certaines molécules extrêmement complexes telles que les hydrocarbures, il est nécessaire d'utiliser des longueurs d'onde d'excitation encore plus longues pour éviter cette auto-fluorescence, mais cette approche nécessite l'utilisation de détecteurs à réseau linéaire InGaAs, plus coûteux et moins sensibles que les détecteurs au silicium. Par conséquent, vous ne devez utiliser des sources d'excitation à 1 064 nm que lorsque vous traitez avec des molécules très complexes telles que des hydrocarbures. Si vous testez des échantillons plus simples tels que des molécules inorganiques ou des molécules organiques plus petites, il est préférable d’utiliser un laser visible tel que 532 nm. En choisissant des longueurs d'onde encore plus courtes, vous augmentez encore l'efficacité de la diffusion, mais vous rencontrez des problèmes de résolution spectrale (en nombres d'ondes). Par conséquent, l'utilisation de longueurs d'onde ultraviolettes n'est généralement utilisée que dans des cas très spécifiques nécessitant un débit élevé et une faible résolution. De plus, les sources laser dans l'ultraviolet ont tendance à être plus difficile à stabiliser, ce qui diminue encore la résolution spectrale du système Raman.
