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Los espectrómetros portátiles Raman son realmente como ningún otro instrumento químico analítico. Todos los espectrómetros (p. ej., IR/NIR, UV-Vis, GC/MS y Raman) se basan en las interacciones entre la materia y la energía e incluyen detectores que recopilan información sobre los cambios atómicos y moleculares resultantes. Esta información se utiliza para calificar y/o cuantificar diversas especies químicas. Por lo general, un espectrómetro es un instrumento de mesa conectado a una computadora u otra pantalla visual que utiliza un analista en un laboratorio.
Los espectrómetros Raman clásicos entran en esta categoría. Los láseres, filtros, detectores y todo el hardware asociado para el muestreo se combinan en una unidad, mientras que el procesamiento y la visualización de datos se realizan en las cercanías.
Para una comparación de otras técnicas espectroscópicas, consulte nuestra publicación de blog anterior.
Raman es una técnica analítica de investigación única en muchos sentidos. Se dice, "Si puedes verlo, Raman puede identificarlo.»
De hecho, los puntos fuertes de Raman son sus métodos de muestreo simples combinados con su especificidad. El análisis directo es posible para muchas sustancias puras sin preparación de muestras. El muestreo se realiza por contacto directo con una sustancia, a distancia oa través de una barrera. Incluso los solutos en agua pueden identificarse directamente. Esta técnica es muy específica; cada material investigado con Raman produce un espectro de «huella dactilar» único. La espectroscopia Raman tiene éxito en la identificación positiva de cada sustancia distinta, al tiempo que rechaza con precisión incluso compuestos muy similares.
El espectro raman
Los espectros Raman contienen picos en un rango que corresponde a una conectividad molecular específica y se pueden utilizar para determinar la composición química de una muestra. El rango espectral depende del diseño del espectrómetro y representa un equilibrio entre resolución y sensibilidad.
La «región de huellas dactilares» (400–1800 cm-1) se utiliza para identificar elementos desconocidos y verificar materiales conocidos. La región por debajo de 400 cm-1 es útil en el análisis de minerales, piedras preciosas, metales y semiconductores. Para la mayoría de los materiales orgánicos (p. ej., aceites, polímeros, plásticos, proteínas, azúcares/almidones, alcoholes, disolventes, etc.), muy poca información por encima de 2255 cm-1 es útil en aplicaciones Raman, ya que las cadenas de carbono-hidrógeno contribuyen poco a la calificación molecular.
Rango de medición de MIRA
of 400–2300 cm-1 is perfect for most Raman applications, including:
- Pharma & other regulated industries
- Food
- Personal care & cosmetics
- Defense & security
- Process analytics
- Materials ID
- Education & research
MIRA está disponible en diferentes configuraciones para todo tipo de aplicaciones y necesidades de los usuarios.
Las cosas buenas vienen en paquetes pequeños
Tecnología, análisis, facilidad de uso, precisión: Raman portátil tiene todo esto en un formato pequeño que escapa a los confines del laboratorio. También invita a muchos nuevos tipos de usuarios que emplean Raman para aplicaciones muy nuevas y emocionantes. En el resto de esta publicación de blog, comparto detalles sobre el desarrollo de componentes que llevaron a la miniaturización de Raman. A esto le sigue la historia de origen de Metrohm Raman, fabricante de MIRA (Analizadores Raman Instantáneos de Metrohm).
Cuatro innovaciones significativas se unieron para crear MIRA: láseres de diodo, filtros y rejillas especializados, óptica en el eje y el CCD (dispositivo acoplado de carga) en un diseño único llamado «espectrógrafo astigmático». Estos componentes básicos de un espectrógrafo Raman se pueden ver en la representación gráfica anterior. ¡Tenga en cuenta que esta no es una descripción precisa de las geometrías únicas que se encuentran en el caso de MIRA!
La espectroscopia Raman es una técnica que se basa en la excitación de moléculas con luz (energía). CV El descubrimiento de Raman de la dispersión Raman en 1928 fue posible gracias a la luz solar enfocada, que luego se reemplazó rápidamente con una lámpara de mercurio para la excitación y placas fotográficas para la detección. Esto resultó en un método simple, popular y efectivo para determinar la estructura de moléculas simples.
El primer espectrómetro Raman comercial estuvo disponible en la década de 1950. A medida que los láseres estuvieron más disponibles en la década de 1960, seguidos por una tecnología de filtrado mejorada en la década de 1970, Raman creció en popularidad como técnica para una amplia gama de análisis químicos. Los sistemas integrados se vieron por primera vez en la década de 1990 y la miniaturización de los instrumentos comenzó a principios de la década de 2000.
Miniaturización de espectrómetros Raman
Los láseres de diodo fueron el primer paso hacia el Raman portátil. Para aquellos de ustedes que tienen cierta edad, pueden recordar que estos son el tipo de láseres pequeños, fríos y de baja energía que se usan en los reproductores de CD, estabilizados en la fuente con un tipo único de rejilla de difracción.
Los filtros ópticos potentes y eficientes también contribuyen a la miniaturización al controlar la dispersión de la luz láser dentro del espectrógrafo. El desarrollo de dispositivos de acoplamiento de carga (CCD) pequeños y sensibles, que se usan comúnmente en cámaras de teléfonos móviles, permitió la detección de la dispersión Raman y la transmisión eficiente de las señales resultantes a una computadora para su procesamiento.
El espectrógrafo astigmático simplificó tanto la geometría y alineación de los muchos componentes dentro de un espectrómetro Raman; este diseño fue el avance final en el desarrollo de Raman portátil.
De Wyoming a Suiza
En la década de 1990, las nuevas tecnologías desarrolladas para diversas industrias se incorporaron a la espectroscopia Raman. En Laramie, WY (EE. UU.) en ese momento, el Dr. Keith Carron era profesor de química analítica con un enfoque en la dispersión Raman mejorada de superficie (SERS). El Dr. Carron ya tenía pruebas sólidas de SERS, pero imaginó un sistema Raman de bajo costo que introduciría sus pruebas en los mercados industrial, médico o de defensa y seguridad. Sus próximos pasos revolucionarían la espectroscopia Raman.
Utilizando piezas comerciales listas para usar, el Dr. Carron y su equipo desarrollaron un instrumento económico de sobremesa que eliminó el alto costo del análisis Raman, lo que ayudó a habilitar su uso en los planes de estudios universitarios. A principios de la década de 2000, comenzó un auge de la investigación y la educación a medida que Raman pasó de ser una técnica esotérica utilizada en aplicaciones de alto nivel a estar ampliamente disponible para todo tipo de tareas. El Dr. Carron es responsable de introducir a Raman en la era actual. Una colaboración condujo a un sistema Raman portátil y, en última instancia, a un nuevo diseño de espectrógrafo astigmático en un muy pequeño instrumento
Las tragedias estadounidenses del 11 de septiembre de 2001 crearon un impulso inmediato para que la tecnología detectara actividades terroristas. Alrededor de este tiempo, los sustos del ántrax reforzaron aún más la necesidad de analizadores de "polvo blanco". El análisis químico de campo se convirtió en el objetivo a lograr .
El Dr. Carron se inspiró para inventar un dispositivo Raman verdaderamente portátil alimentado por batería para la identificación de explosivos y otros materiales ilícitos. Varias iteraciones llevaron a CBex, un sistema Raman del tamaño de la palma de la mano (¡incluso más pequeño que MIRA!) Diseñado por Snowy Range Industries, en febrero de 2012. CBex llamó la atención de Metrohm AG y se envió una oferta de cooperación al Dr. Carron en agosto de 2013.
A lo largo viene MIRA
MIRA nació en 2015. No solo es un instrumento analítico novedoso, sino que también es único entre los espectrómetros Raman portátiles. MIRA tiene el factor de forma más pequeño de todos los instrumentos Raman disponibles comercialmente.
Lo que realmente distingue a MIRA de la competencia son sus rutinas integradas de adquisición inteligente, que brindan a cualquier persona, en cualquier lugar, acceso a resultados analíticos de alta precisión. es resistente, reunión MIL-STD 810G y IP67 especificaciones: puede dejar caer MIRA o sumergirlo en un líquido para obtener una identificación.
Una vez que Raman escapó de los confines del laboratorio, de repente tuvo el potencial para nuevos usos por parte de operadores no técnicos, que podían realizar pruebas altamente analíticas de forma segura, rápida y precisa.
De hecho, la miniaturización de Raman ha revolucionado la seguridad de varias maneras:
- El análisis directo elimina los peligros de la exposición a disolventes de laboratorio y otros productos químicos.
- El análisis a través del empaque evita el contacto del usuario con materiales potencialmente peligrosos.
- La identificación simplificada de materiales in situ verifica la calidad de los ingredientes en alimentos, medicamentos, suplementos, cosméticos y productos para el cuidado de la piel.
- La identificación de materiales ilícitos, como narcóticos, explosivos y agentes de guerra química, respalda la acción rápida de las agencias militares y civiles.
¿Que sigue?
Espero que haya disfrutado aprendiendo sobre la evolución de la tecnología Raman desde los sistemas de sobremesa hasta los instrumentos portátiles que tenemos hoy. Seguimos publicando más artículos sobre MIRA que describen, en detalle, varias aplicaciones interesantes de la espectroscopia Raman portátil. Encuentre una selección de estos artículos a continuación:
Real World Raman: MIRA DS en acción: detección segura de drogas en el campo
Raman del mundo real: simplificación de la inspección de materias primas entrantes
Tus conocimientos para llevar
Calibración de instrumentos, verificación del sistema y validación del rendimiento para MIRA
Descargue este White Paper para obtener más información sobre las rutinas AIQ para MIRA
