Imágenes Raman y Espectrómetros
HORIBA es líder mundial en espectroscopía Raman, con los beneficios de más de 50 años de innovación en esta técnica.
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Por François Quemeneur, Especialista en Producto de Software Raman, HORIBA Francia
En las últimas décadas, la espectroscopía Raman ha avanzado significativamente y ha ganado cada vez más atención en los campos científicos. Aunque a menudo se asocia con la química analítica, ahora se está convirtiendo en una herramienta valiosa en la ciencia forense, ayudando a apoyar investigaciones y al sistema judicial [1].
Una de las principales ventajas de la espectroscopía Raman sobre las técnicas tradicionales es que es rápida, fiable y no destructiva. Requiere poca o ninguna preparación de muestras, lo que la hace ideal para analizar pruebas tanto de fuentes biológicas como no biológicas.
Los científicos forenses suelen trabajar con rastros muy pequeños de evidencia, como fibras diminutas, partículas o residuos. Para identificar y comparar estos materiales, utilizan diversos métodos como microscopía, cromatografía y espectroscopía. Entre ellas, la microespectroscopía Raman destaca porque puede identificar sustancias de forma rápida y precisa sin dañar las muestras.
La microespectroscopía Raman funciona proporcionando una "huella molecular" única para cada material. Esto permite a los científicos examinar eficazmente cosas como drogas, explosivos, tintas, pinturas (Artículo 1), fibras y residuos de disparos o posteriores al incendio (Artículo 2). Ya sea en la escena del crimen o en el laboratorio, ayuda con el análisis de rastros, la verificación de documentos y la comparación de pruebas, todo ello preservando la integridad de la muestra.
La ciencia forense es un campo multidisciplinar, que se basa en muchas herramientas para detectar, identificar y diferenciar innumerables tipos de pruebas. Esta revisión se centra en cómo se utiliza la espectroscopía Raman en biología forense y serología, destacando sus beneficios prácticos en investigaciones del mundo real.
También exploramos cómo las técnicas Raman modernas —incluyendo micro-Raman, Raman confocal, espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) y SERS en papel— están empujando los límites de lo posible. Estos métodos avanzados ofrecen una sensibilidad aún mayor y un potencial de aplicación más amplio (Artículo 3).
En esta edición de la Raman XPerience, acompáñanos mientras profundizamos en el emocionante papel que juega la espectroscopía Raman en las investigaciones forenses: ayudar a los científicos a resolver crímenes con precisión y cuidado.
L. Lei y G. Massonnet
Escuela de Justicia Penal (ESC), Universidad de Lausana, Lausana, Suiza
Diferenciar pinturas automotrices del mismo color ha supuesto durante mucho tiempo un reto en contextos forenses y de control de calidad, especialmente cuando las pinturas proceden del mismo fabricante y comparten códigos de color idénticos. La espectroscopía Raman, una técnica no destructiva y altamente sensible, se emplea comúnmente para distinguir entre pinturas analizando pigmentos y extensores en la capa superior. Sin embargo, su aplicación a otras capas de pintura sigue siendo poco explorada.
En este estudio, se analizaron 54 muestras blancas de pintura automotrice de un solo fabricante (Volkswagen) mediante espectroscopía Raman. Cada capa individual —barniz transparente, base y imprimación— se midió para evaluar el poder de discriminación de la técnica. Se aplicaron métodos estadísticos para clasificar las muestras y evaluar correlaciones con factores como el modelo del vehículo, año de producción, código de color de la capa superior y planta de ensamblaje.
La espectroscopía Raman demostró una alta capacidad discriminatoria, diferenciando con éxito el 92,8% de los 1.431 pares de muestras. Solo 103 pares quedaron sin destacar. A pesar de la gama limitada de pigmentos en las pinturas blancas, la espectroscopía Raman resultó eficaz para detectar variaciones en aglutinantes y extensores a lo largo de diferentes capas, siendo los barnicapas las que mostraron el mayor poder de discriminación.
Para asegurar la identificación precisa de las bandas Raman, se utilizó espectroscopía IR para cruzar y confirmar asignaciones espectrales. El análisis reveló que las características químicas únicas están presentes incluso entre pinturas del mismo fabricante, modelo y año, lo que pone de manifiesto la influencia de la planta de ensamblaje como variable clave en la formulación de la pintura.
Curiosamente, aunque las variaciones en modelo, año de producción y planta de ensamblaje contribuyeron a la diferenciación, no se encontró correlación entre el código de color de la capa superior y la composición química de la capa base, a pesar de la presencia de tres códigos de color blancos diferentes. Esto sugiere la necesidad de una investigación más profunda y la integración de técnicas analíticas complementarias para obtener un conocimiento más profundo de las composiciones de pintura automotriz multicapa.
Identificación de material tras el incendio mediante espectroscopía Raman
T.J. Kerr, L. Myers y K.L. Duncan
Departamento de Física, Universidad de las Indias Occidentales, Kingston, Jamaica
El examen de los restos del fuego puede aportar información valiosa sobre los tipos de materiales presentes en el momento del incendio, ayudando tanto a la reconstrucción de la escena del incendio como a la comprensión de la dinámica de los compartimentos del incendio. Este estudio demuestra la eficacia de la espectroscopía Raman para identificar materiales tras un incendio, incluso en casos complejos donde diferentes sustancias se fusionan en masas visualmente indistinguibles debido al calor extremo.
Combinando una biblioteca espectral Raman validada con mapeo Raman, se investigaron tres estudios de caso reales de incendios. Estos implicaban masas fusionadas formadas durante el descenso de fuego, compuestas por varios polímeros comunes. El mapeo Raman se realizó en un área de 10 mm × 10 mm en cada muestra. La técnica logró que la identificación de materiales oscilara entre el 85% y tan solo el 40%, dependiendo del grado de degradación del material.
Los resultados muestran que la espectroscopía Raman puede resolver con éxito residuos complejos de fuego en componentes individuales del material, proporcionando tanto identificación como distribución espacial. Es importante destacar que el método no se limita a identificar materiales aislados y individuales, sino que también puede distinguir múltiples materiales fusionados durante exposiciones a altas temperaturas.
Esta capacidad garantiza que los investigadores forenses no se vean en desventaja al analizar restos fuertemente alterados o fusionados. Sin embargo, el estudio también pone de relieve la necesidad de ampliar y refinar las bibliotecas espectrales Raman para mejorar la precisión de la identificación, especialmente para materiales que están muy descompuestos o solo parcialmente degradados.
En general, los hallazgos subrayan el gran potencial de la espectroscopía Raman como una herramienta potente y no destructiva para el análisis de materiales post-incendio, capaz de afrontar los desafíos que plantean los restos complejos y degradados del fuego.
Los espectros Raman se recogieron utilizando el espectrómetro Raman dispersivo HORIBA Aramis, LabRAM IR2, equipado con un láser de 785 nm. El microscopio confocal proporciona una reducción muy buena de la fluorescencia y de los haces desenfocados, lo que lo hace óptimo para las pruebas.
E-R. Mojica & Z. Dai
Programa de Ciencias Forenses, Departamento de Química y Ciencias Físicas, Universidad Pace, Nueva York, NY 10038
Este artículo revisa los desarrollos recientes y aplicaciones de técnicas espectroscópicas Raman avanzadas en la ciencia forense. La espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) se ha utilizado para la detección altamente sensible de trazas de sustancias controladas. La espectroscopía de diferencias Raman de excitación desplazada (SERDS) permite la adquisición de espectros Raman libres de fluorescencia, lo cual es especialmente útil para ciertos tipos de evidencia forense. La espectroscopía Raman desplazada espacialmente (SORS) se ha aplicado para examinar materiales como drogas y explosivos directamente a través de superficies de envases o contenedores. Estas técnicas se combinan cada vez más para abordar escenarios forenses complejos, proporcionando herramientas potentes y no invasivas para el análisis de pruebas. Su potencial para apoyar la justicia y la seguridad mediante la mejora de las investigaciones forenses es significativo.
Más allá de estos métodos ya establecidos, varios enfoques nuevos basados en Raman muestran gran potencial para futuras aplicaciones forenses. Por ejemplo, se han introducido técnicas basadas en gel para el análisis SERS in situ. Los sustratos en gel optimizados mejoran las señales Raman minimizando el daño a la muestra, lo que los hace ideales para investigaciones no destructivas in situ, donde preservar la integridad de la evidencia es fundamental.
Micro-SORS, que acopla SORS y microscopía, se ha empleado con éxito en la conservación artística para analizar capas finas y turbias de pintura. Esta técnica puede adaptarse para análisis forenses, como identificar la composición y el grosor de las astillas de pintura de vehículos en escenas del crimen.
La espectroscopía Raman con control temporal (o espectroscopía Raman resuelta en el tiempo, TRRS) utiliza pulsos láser cortos y detección con control temporal para suprimir la fluorescencia. Además, TRRS puede sondear selectivamente diferentes capas dentro de muestras estratificadas ajustando el retardo de acceso del detector. Cuando se combina con SORS (TR-SORS), permite el análisis no invasivo de sustancias ocultas, como explosivos ocultos en plástico opaco.
Otra combinación potente implica Raman con control temporal y micro-SORS desenfocado, que permite el análisis y la imagen simultáneos de materiales fluorescentes y no fluorescentes bajo capas turbias. Este enfoque emplea multiplexación espectral para suprimir señales superficiales interferentes y tiene un gran potencial para aplicaciones forenses.
Más recientemente, la Espectroscopía Raman con Desplazamiento de Frecuencia (FORS) ha surgido como un método para sondear muestras de dispersión difusa a diversas profundidades. Aprovechando la dependencia de propiedades ópticas —como la absorción y la dispersión— de la longitud de onda de excitación, FORS apunta selectivamente a diferentes capas dentro de una muestra. A diferencia de SERDS, que utiliza diferencias de longitud de onda de excitación inferiores a 2 nm, FORS emplea desplazamientos de longitud de onda mucho mayores (decenas de nanómetros), logrando una alta resolución espacial y una alta relación señal-ruido. Los enfoques híbridos que combinan FORS y SORS prometen un rendimiento analítico aún mayor y se espera que se conviertan en herramientas valiosas en la ciencia forense.
Para concluir, la espectroscopía Raman sigue demostrando ser una técnica vital en el análisis forense. La llegada de métodos avanzados como SERS, SERDS, SORS, TRRS, FORS y sus implementaciones híbridas ha mejorado significativamente la sensibilidad, especificidad y practicidad de las investigaciones forenses basadas en Raman. A medida que estas técnicas se integran cada vez más con el análisis quimiométrico, se espera que su adopción crezca, apoyando evaluaciones forenses más precisas y oportunas y reforzando la administración de justicia.
[1] Doty, K. C., Muro, C. K., Bueno, J., Halámková, L., & Lednev, I. K. (2016). ¿Qué puede hacer la espectroscopía Raman por la criminalística? Journal of Raman Spectroscopy, 47 (1), 39-50.
[2] Lei, L., & Massonnet, G. (2024). Análisis forense de pintura blanca de automóviles del mismo fabricante con espectroscopía Raman y quimiometría. Journal of Raman Spectroscopy, 55 (2), 148-160.
[3] Kerr, T. J., Myers, L., & Duncan, K. L. (2017). Mapeo microespectroscópico Raman: una herramienta para la identificación de materiales fundidos en restos de fuego. Revista de ciencias forenses, 62 (5), 1159-1165.
[4] Mojica, E. R., & Dai, Z. (2022). Aplicación de los nuevos métodos espectroscópicos Raman en la ciencia forense. Talanta Open, 6, 100124.
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