Applications Raman 785nm de poche : Des capacités d'identification des matériaux de pointe dans votre poche
30 mai 2022
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Le Raman 785 nm est une technique d'identification de matériaux bien établie, notamment sur les marchés de la pharmacie et de la défense et sécurité. Aujourd'hui, les nouvelles capacités développées par Metrohm Raman devraient accroître les possibilités du Raman portable dans diverses industries. Cet article traite d'abord de l'instrumentation, puis se termine par plusieurs nouvelles applications de la spectroscopie Raman à 785 nm.
Options d'échantillonnage variables, temps d'analyse courts, faible encombrement, et des capacités d'identification supérieures sont les avantages les plus connus des systèmes Raman portables à 785 nm. Plongeons un peu plus loin et voyons comment les faibles puissances et la résolution des lasers contribuent à cette liste croissante.
Les temps d'analyse courts et les faibles puissances laser permettent de préserver la durée de vie de la batterie d'un système - une nécessité pour les applications Raman portables sur le terrain. Les faibles puissances laser présentent également moins de risque de dégradation de l'échantillon, ce qui permet une analyse plus sûre des matériaux inconnus.
La conception unique du spectromètre MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) permet de collecter des données dans des temps d'analyse très courts avec un excellent rapport signal/bruit (SNR). Une comparaison entre un SNR élevé (vert) et faible (gris) dans la figure 1 illustre comment le bruit dans un spectre à faible résolution peut masquer la résolution du pic. En fin de compte, un SNR élevé signifie plus d'informations sur les pics pour une correspondance optimale entre les bibliothèques.
Le tableau 1 et la figure 2 montrent comment la longueur d'onde, la puissance du laser, le temps d'acquisition et le rapport signal/bruit sont liés. Observez que le Raman 1064 nm nécessite 440 mW (contre 50 mW) et près de 10 fois le temps d'acquisition de l'échantillon pour être comparé au Raman 785 nm. À la même puissance laser (50 mW), le SNR du Raman 1064 nm est presque sept fois inférieur à celui du Raman 785 nm. Il est clair que le SNR élevé résultant de la combinaison d'une puissance laser plus faible et d'un temps d'acquisition des échantillons plus court fait du Raman 785 nm le choix idéal pour les analystes.
Vous trouverez de plus amples informations sur MIRA dans notre note d'application gratuite ci-dessous et dans les articles de blog suivants.
A Deeper Look at 785 nm Raman – Throughput, spectrograph design, resolution, and MIRA
Real World Raman: Mira DS in Action – Detecting drugs safely in the field
Real World Raman: Simplifying Incoming Raw Material Inspection
XTR® : La nouvelle technique de rejet de la fluorescence pour une meilleure performance à 785 nm
La longueur d'onde peut avoir une grande influence sur le choix d'un système Raman, par exemple, 532 nm pour un signal fort ou 1064 nm pour une fluorescence réduite - mais le système Raman à 785 nm avec rejet de fluorescence offre aux utilisateurs le meilleur des deux mondes. Environ 20 à 30 % des matériaux sont fluorescents sous excitation à cette longueur d'onde. Cependant, les algorithmes brevetés du MIRA XTR DS (Figure 3) eXTRaient la fluorescence du spectre Raman à 785 nm pour une identification des matériaux sans fluorescence.
Pour en savoir plus sur le MIRA XTR DS, consultez notre livre blanc gratuit et l'article de blog correspondant.
Fluorescence-free 785 nm material ID with MIRA XTR DS
The evolution of handheld 785 nm Raman spectroscopy: Raman extraction from fluorescence interference
Les avantages de Raman eXTRaction sont impressionnants :
- Les utilisateurs non techniques peuvent rapidement et facilement collecter des données de haute qualité partout pour diverses applications d'identification de matériaux.
- XTR rend possible l'analyse de milliers d'échantillons très colorés, organiques et/ou complexes.
- Les spectres haute résolution améliorent les capacités de comparaison des bibliothèques, permettant une identification rapide et précise des matériaux.
- Les spectres SNR incroyablement élevés fournis par le XTR, même lors de l'échantillonnage de matériaux fluorescents, permettent une analyse directe et sensible des composants, même à faible concentration.
Nouvelles capacités d'échantillonnage pour les appareils Raman portables
Pour nous, l'échantillonnage flexible signifie une collecte de données réussie dans tous les scénarios de terrain : de l'immersion directe à l'échantillonnage à travers une barrière.
Determination of Container Contents – Simple, Guided Method for Materials ID with Raman
Metrohm Raman propose également des options pour la collecte de données sur robot, sans contact, à distance, et en différé (figure 4). En définitive, chacune de ces capacités est conçue pour réduire le contact avec des produits chimiques potentiellement dangereux.
Imaginez un déversement important de produits chimiques dans une grande installation : l'identification des matériaux doit avoir lieu avant que l'assainissement puisse commencer, idéalement sans interaction avec des substances inconnues. Dans un tel scénario, un robot porte le MIRA XTR DS avec l'Autofocus Standoff Attachment (AFSO) dans la zone de déversement tandis que les opérateurs restent à l'extérieur. Le robot, l'instrument et l'accessoire peuvent tous être commandés à distance pour recueillir des informations pertinentes sur la nature du déversement.
Pour en savoir plus sur l'Autofocus Standoff Attachment (AFSO) de Metrohm Raman, consultez la brochure ci-dessous.
Atteindre de nouveaux marchés avec les dernières applications
La haute résolution, l'atténuation de la fluorescence et les capacités d'échantillonnage flexibles sont de grands avantages pour les utilisateurs de Raman de poche. Nous abordons ici plusieurs exemples d'applications pour illustrer la façon dont le Raman de poche est utilisé au-delà des marchés pharmaceutiques et de la défense et de la sécurité.
Produits chimiques
Le Raman peut être un outil puissant pour le développement synthétique de composés chimiques ou dans les laboratoires de recherche car sa spécificité rend l'identification, la détection et la caractérisation des produits chimiques rapides et faciles. Cependant, les substances organiques peuvent également être parmi les matériaux les plus problématiques sous une interrogation à 785 nm. Le XTR permet de surmonter ce problème, comme le montre l'exemple ici.
Les molécules utiles sur le plan synthétique présentent souvent des liaisons multiples et sont également susceptibles de présenter une fluorescence dans le spectre Raman. Prenons l'exemple de l'acide folique, une vitamine B qui est également utile comme matière synthétique en raison de sa saturation étendue et de ses nombreux groupes fonctionnels. L'acide folique est effectivement fluorescent sous interrogation Raman, mais le XTR produit néanmoins un spectre à très haute résolution.
Colorants
Les colorants et les matériaux très colorés sont presque toujours fluorescents sous l'interrogation Raman, et la ligne de base large et sans caractéristiques de la fluorescence masque les pics de signature. Ce problème peut être aggravé dans les matériaux et les mélanges complexes.
Ici, un produit alimentaire très coloré (mélange pour boisson Koolaid®) a été interrogé par Raman à main. Le spectre supérieur (bleu) est un excellent exemple de la forte fluorescence résultant de l'analyse des colorants avec le Raman à 785 nm. Les routines XTR extraient le signal du matériau cible suffisamment bien pour que le rouge Allura (FD&C Red 40) puisse être identifié positivement dans MIRA Cal DS.
L'acide sulfanilique est un autre excellent exemple qui montre les avantages de l'utilisation du XTR pour l'analyse de matériaux qui sont généralement difficiles à analyser par Raman.
Ce composé forme facilement un mélange assez stable de sel de diazonium qui est utilisé comme précurseur pour fabriquer des colorants et des sulfamides. L'acide sulfanilique est un réactif unique - sa forme pure n'est pas fluorescente, mais sa grande réactivité assure la contamination de la plupart des échantillons qui contiennent des traces de colorants, ce qui les rend fluorescents avec Raman. Un spectre plein de pics distinctifs nets est obtenu pour l'acide sulfanilique mesuré avec le XTR.
Nourriture et boissons
L'authentification continue d'être une utilisation répandue du Raman portable dans l'industrie alimentaire et des boissons. Vous connaissez peut-être l'authentification des huiles avec MIRA P. Consultez notre livre blanc gratuit ici pour en savoir plus.
MIRA XTR DS montre ici aussi ses points forts. L'huile de sésame a été utilisée comme principal matériau d'essai dans le développement du XTR car il s'agit d'un matériau organique de couleur foncée qui est difficile à analyser avec le Raman à 785 nm (en bleu). Cependant, le XTR peut extraire le signal Raman avec une résolution suffisante pour révéler les pics de signature distincts de l'huile de sésame (en vert).
La plupart des huiles comestibles partagent des pics de signature, mais l'intensité relative des pics varie selon le type d'huile. Une étude récemment publiée a utilisé MIRA DS pour comparer les rapports de pics relatifs pour 1658 et 1442 cm-1 pour l'authentification et la quantification des mélanges d'huiles. [1]. Par rapport à la méthode de référence rapportée, le XTR offre une résolution spectrale plus élevée et est capable d'une authentification supérieure des huiles comestibles.
Produits nutraceutiques et compléments alimentaires
Les compléments alimentaires sont souvent composés de fortes doses de vitamines, de minéraux, de fibres et d'antioxydants provenant de fruits et de légumes aux couleurs vives. Les nutraceutiques et les compléments alimentaires sont moins réglementés que les produits pharmaceutiques, mais le Raman peut être utilisé pour confirmer l'identité d'un complément.
La quercétine est un pigment végétal aux effets antioxydants et anti-inflammatoires qui est utilisé comme ingrédient dans les compléments alimentaires, les boissons et les aliments. MIRA XTR DS peut produire un spectre distinct de la quercétine avec des pics de signature intenses et bien résolus, malgré la fluorescence.
Recherche et enseignement
De la distinction entre des matériaux très similaires à la détection de composés cibles et à la comparaison des rapports de pics relatifs, le Raman portable est également prometteur pour les applications de recherche et d'enseignement.
Une étude 2020 a comparé les systèmes Raman portables et de table pour l'analyse des métabolites des plantes et le diagnostic des stress des plantes en milieu agricole. [2]. Les chercheurs ont conclu que les systèmes portatifs recueillent des données de qualité et sont supérieurs pour le diagnostic précoce et la surveillance in situ et en temps réel des stress des plantes dans des conditions de terrain. Ces conclusions ont attiré l'attention de deux collègues de Metrohm, qui ont testé indépendamment une plante de bureau pour confirmer ces données. Le XTR produit un spectre présentant de très belles similitudes avec les résultats rapportés (spectre de gauche ci-dessous en vert), et avec une bien meilleure résolution.
![(L) Plant leaf interrogated by 785 nm Raman (with and without XTR). (R) Selection of different leaves and chemical compounds measured by handheld and benchtop Raman systems [2].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Raman leaf-clip spectrum and article?qlt=85&wid=1600&ts=1709211444310&dpr=off "(L) Plant leaf interrogated by 785 nm Raman (with and without XTR). (R) Selection of different leaves and chemical compounds measured by handheld and benchtop Raman systems [2].")
Développement du SERS
Dans un livre blanc et dans nos notes d'application, nous avons déjà expliqué comment la diffusion Raman améliorée par la surface (SERS) ajoute la détection des traces et la médiation de la fluorescence à la longue liste des avantages du Raman.
Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) – Expanding the Limits of Conventional Raman Analysis
SERS Detection of Brilliant Blue – Overcoming fluorescence issues with MISA
Deux nouvelles applications de la SERS illustrent ces avantages. La première est un bon exemple de SERS et de l'analyse des colorants. La seconde décrit comment une simple procédure de nettoyage de l'échantillon améliore la sensibilité de détection.
Authentification du safran
La difficulté d'identifier le safran de qualité inférieure ou de contrefaçon réside dans la variété des stratégies utilisées pour donner l'apparence d'un mélange pur - par exemple, l'ajout de colorants et l'inclusion de parties de fleurs non authentiques. C'est une démonstration de la puissance du MISA (Metrohm Instant SERS Analyzer) pour une authentification simple et portable des aliments.
Pour en savoir plus sur la MISA, consultez notre article de blog.
Le SERS apporte ici ses propres capacités inhérentes de réduction de la fluorescence. Dans cette comparaison de l'analyse Raman et SERS du safran pur, le fond SERS (en orange) est beaucoup moins affecté par la fluorescence. Cela permet une détection très sensible du Soudan 1, un colorant toxique utilisé en très faible concentration pour imiter la couleur riche du safran.
Pour en savoir plus sur l'authentification safran, consultez la note d'application suivante.
Trace Detection of Toxic Dye in Saffron – Protecting consumer safety with MISA
Pesticides sur les raisins secs
Les raisins secs sont consommés dans le monde entier comme un en-cas sain. Cependant, l'utilisation massive de pesticides dans des pays où la réglementation est insuffisante transforme cet en-cas en un produit alimentaire potentiellement dangereux. L'acétamipride est un pesticide néonicotinoïde largement utilisé qui joue un rôle dans l'effondrement des colonies d'abeilles et qui est désormais réglementé à un niveau maximal de résidus de 0,5 µg/g (500 ppb) en Europe.
Des techniques d'extraction d'échantillons simples et efficaces permettent une analyse SERS portable, flexible et sur site. Ici, un solvant très volatil a été utilisé pour extraire le composé cible. L'évaporation rapide d'un grand volume de surnageant (800 µL au lieu des 200 µL généralement utilisés) améliore la détection jusqu'à des niveaux de ppb. Avec ce traitement, les pics pour l'acétamipride sont visibles jusqu'à 0,5 µg/g (en orange).
Conclusion
C'est l'évolution du Raman 785 nm de poche : une grande innovation dans un système de poche. Tout un monde de possibilités d'applications plus larges s'ouvre à mesure que les appareils Raman 785 nm commencent à adopter et à utiliser le XTR.
References
[1] Pulassery, S.; Abraham, B.; Ajikumar, N.; et al. Rapid Iodine Value Estimation Using a Handheld Raman Spectrometer for On-Site, Reagent-Free Authentication of Edible Oils. ACS Omega 2022, 7 (11), 9164–9171. DOI:10.1021/acsomega.1c05123
[2] Gupta, S.; Huang, C. H.; Singh, G. P.; et al. Portable Raman Leaf-Clip Sensor for Rapid Detection of Plant Stress. Sci. Rep. 2020, 10 (1), 20206. DOI:10.1038/s41598-020-76485-5
Your knowledge take-aways
On-demand webinar: Expanding the Capabilities of Handheld 785 nm Raman
