O laser como ferramenta de análise

Faça uma pausa em sua leitura por um momento e observe o ambiente que o cerca. Você vê com clareza os objetos sólidos, como o computador, a mesa e a impressora. Os líquidos - o refrigerante em seu copo e a água do aquário - são visíveis com a mesma clareza. Mesmo materiais que parecem invisíveis, como odores e correntes de ar, podem ser detectados pelos demais sentidos. Todas essas "coisas" que os cientistas designam matéria são compostas por moléculas, ou combinações de átomos. A química analítica gosta de dividir moléculas em seus átomos constituintes ou simplesmente determinar que moléculas ou átomos compõem determinada substância.

Argonne National Laboratory Uma investigador prepara amostras para espectrometria de massa

Ao longo dos anos, a química analítica resultou em diversas ferramentas e técnicas. Algumas dessas ferramentas e técnicas têm natureza qualitativa: identificam os compostos ou elementos presentes em uma substância, ou seja, aquilo que os químicos denominam analisáveis. Outras técnicas são quantitativas: medem o montante de alguns ou todos os analisáveis presentes. Em ambos os casos, a análise química envolve estimular uma amostra com luz, eletricidade ou um forte ímã, a fim de causar mudança na amostra que revele sua composição química.

Tomem como exemplo a espectrometria de massa, uma técnica comprovada. Suponha que um biólogo queira saber que toxinas estão presentes em peixes contaminados. Ele poderia tomar uma pequena porção de tecido muscular do peixe e dissolvê-la em um solvente líquido. Depois, colocaria o líquido em um recipiente no espectrômetro de massa. De lá, o líquido seria conduzido a uma câmara de ionização, na qual seria bombardeado por um feixe de elétrons. O bombardeio converteria os átomos e moléculas da amostra em partículas dotadas de carga elétrica conhecidas como íons. O biólogo usaria campos elétricos e magnéticos para separar os diversos íons de acordo com sua massa ou carga elétrica, e assim revelaria toxinas específicas, como DDT, presentes no peixe. 

Nos últimos anos, o laser, usado como agente de estímulo, se tornou ferramenta valiosa de análise química. As diversas técnicas que envolvem lasers usadas na análise de  substância se enquadram em duas grandes categorias: métodos de detecção ópticos e não ópticos.

Por exemplo, uma técnica de análise não óptica que utiliza o laser permite que os cientistas na verdade "ouçam" os diferentes elementos. Ela é conhecida como fotoacústica por pulso de laser, e envolve dirigir um laser a uma amostra. À medida que a amostra absorve a energia do laser, se aquece e expande, criando uma onda de pressão acústica. Um transdutor piezelétrico, que converte vibrações mecânicas em pulsos elétricos, ouve essas ondas e ajuda os químicos a identificar as moléculas presentes na amostra.

A espectrometria de mobilidade de íons, ou IMS, é outro método não óptico. Na IMS, um laser inicialmente extrai por abrasão partículas diminutas da superfície de uma amostra, antes de ionizar o material. Os íons criados pelo bombardeio da amostra com lasers são introduzidos em um fluxo de gás em rápido movimento. Os cientistas medem a velocidade dos íons ao atravessar a corrente gasosa, que é afetada pela forma e tamanho dos íons. 

A análise por laser baseada em métodos de detecção óptica é conhecida como espectroscopia a laser. A espectroscopia envolve estimular uma amostra e depois analisar o espectro resultante - a gama de radiações eletromagnéticas emitidas ou absorvidas. A espectroscopia é tão vital como ferramenta analítica que merece ser observada de mais perto. Na próxima página, vamos aprender alguns fatos básicos sobre a espectroscopia para compreender de que maneira a assinatura eletromagnética de todo elemento pode funcionar como impressão digital (em inglês).