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Domande frequenti (FAQ) sulla spettroscopia Raman: teoria e utilizzo
19 set 2022
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Questo articolo è Parte 1 di una serie.
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Parte 2La spettroscopia Raman è una tecnica analitica non distruttiva basata sullo scattering anelastico di fotoni correlati ai diversi modi vibrazionali delle molecole. Questa scoperta di C.V. Raman nel 1928 ha portato a un metodo semplice ma efficace per determinare la struttura di molecole semplici che continua a crescere in popolarità tra la comunità scientifica.
Quando il laser dello spettrometro interagisce con un campione, l'energia della luce diffusa all'indietro viene spostata creando uno spettro Raman che fornisce preziose informazioni sulla struttura chimica. Questo articolo copre alcune delle domande più frequenti sulla spettroscopia Raman per quanto riguarda la teoria alla base e come può essere utilizzata nella pratica.
Fai click su una domanda qui sotto per passare direttamente a quell'argomento:
- Cos'è la spettroscopia Raman?
- Quali tipi di materiali possono essere misurati con Raman?
- Quali informazioni si possono ottenere dallo spettro Raman?
- Come leggo uno spettro Raman?
- Quali sono i vantaggi dell'utilizzo della spettroscopia Raman?
- Raman può essere utilizzato per l'identificazione di sostanze sconosciute e per la verifica dei materiali. Qual è la differenza?
- Chi dovrebbe usare Raman, oltre a dove, quando, come e perché?
- Che cos'è SERS e come può aiutarmi?
1. Cos'è la spettroscopia Raman?
Raman è una forma di spettroscopia molecolare che viene osservata come luce diffusa anelasticamente quando un campione viene eccitato da un laser. Sebbene la maggior parte dello scattering avvenga in modo elastico, circa 1 su 106 processi di scattering interagiscono con la molecola attraverso l'allungamento del legame e le vibrazioni di flessione con conseguente luce diffusa Raman. Spostati da queste interazioni molecolari, i fotoni Raman rilevati possono essere elaborati in uno spettro che si riferisce ai legami unici all'interno di una molecola, fornendo all'utente uno strumento analitico inestimabile per l'impronta digitale molecolare. Questa «impronta digitale» viene utilizzata principalmente per l'identificazione del materiale e, sempre più, per la quantificazione.
Nota: le spettroscopie vibrazionali molecolari rilevano solo due o più atomi che hanno un legame molecolare tra di loro: sali, ioni e metalli richiedono altri metodi analitici.
2. Quali tipi di materiali possono essere misurati con Raman?
La spettroscopia Raman può essere utilizzata per identificare la maggior parte dei materiali che sono presenti in quantità e purezza sufficienti e/o in miscele semplici. Raman è in grado di identificare migliaia di sostanze solide e liquide tra cui prodotti farmaceutici, materie prime per prodotti alimentari e per la cura della persona, sostanze controllate e relativi precursori e agenti da taglio, armi del terrore, sostanze chimiche tossiche e non tossiche, solventi e trattamenti agricoli (ad es. pesticidi , insetticidi).
Di seguito sono riportate alcune linee guida generali:
- La maggior parte delle molecole con legami covalenti sono attive Raman; tuttavia, la natura e l'intensità del loro segnale possono variare.
- Si stima che l'80% dei principi attivi farmaceutici (API) e degli eccipienti comuni siano adatti per l'identificazione delle materie prime (RMID) con la spettroscopia Raman.
- Si stima che l'80% dei principi attivi farmaceutici (API) e degli eccipienti comuni siano adatti per l'identificazione delle materie prime (RMID) con la spettroscopia Raman.
- Alcuni sali, composti ionici e metalli non sono adatti per l'analisi Raman.
- La fluorescenza è una delle maggiori sfide per Raman, poiché può sopraffare il segnale dallo scattering Raman.
In che modo la fluorescenza influisce sui risultati durante la misurazione con Raman?
La fluorescenza è tradizionalmente la più grande limitazione per Raman. È un processo di emissione molto più efficiente, che causa un rumore di fondo travolgente nello spettro Raman e oscura i picchi Raman. Sostanze naturali (come fibre vegetali), materiali fortemente colorati e sostanze con contaminanti fluorescenti possono non produrre risultati con la spettroscopia Raman. Fortunatamente, questa limitazione non è insormontabile.
Una soluzione comune è stata quella di allontanare la lunghezza d'onda del laser di eccitazione dalla lunghezza d'onda di assorbimento del materiale, tipicamente 532, 638 o 785 nm. La scelta più comune di lunghezze d'onda per effetti di fluorescenza ridotti è 1064 nm.
Come fai a sapere quale lunghezza d'onda è più adatta? Leggi la nostra Application Note gratuita per alcuni suggerimenti.
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3. Quali informazioni si possono ottenere dallo spettro Raman?
I picchi nello spettro Raman sono molto stretti, il che aumenta la specificità e la selettività. Pertanto, può differenziare materiali molto simili o identificare analiti target nelle miscele. Raman è ottimo per il chiarimento strutturale delle molecole, inclusa la connettività e la saturazione. Picchi di impronte digitali unici nello spettro Raman possono essere utilizzati per discriminare tra specie molto simili come isomeri e sostanze che differiscono per un singolo gruppo funzionale.
La spettroscopia Raman può aiutare gli utenti a osservare la progressione di una reazione chimica, le differenze di cristallinità tra i polimorfi e i cambiamenti nelle energie di legame che derivano dallo stress applicato su un materiale. La seguente Application Note offre ulteriori informazioni su questo tipo di studio.
L'intensità nello spettro Raman è direttamente proporzionale alla concentrazione del campione e può essere utilizzata anche per l'analisi quantitativa. Scopri di più nella nostra Application Note gratuita di seguito.
4. Come leggo uno spettro Raman?
Sebbene lo spettro Raman abbia un intervallo potenziale compreso tra 0 e 4000 cm-1, la maggior parte delle applicazioni può essere soddisfatta con un intervallo spettrale più ristretto. La regione dell'impronta, 400–1800 cm-1, rivela in gran parte l'ambiente molecolare degli atomi. Questo è adeguato per l'identificazione di incognite e la verifica dei materiali (vedi immagine sotto), entrambi basati sull'identità della struttura molecolare.
Al di fuori della regione dell'impronta digitale, le semplici catene di carbonio e l'attacco dell'idrogeno contribuiscono poco all'identificazione del materiale. Tuttavia, la regione dell'alto numero d'onda è attivamente oggetto di ricerca in campo medico per la ricerca sul cancro, problemi dentali umani e biocarburanti. Applicazioni di nicchia come la struttura cristallina in minerali, gemmologia, organometallici e semiconduttori richiedono informazioni inferiori a 400 cm-1.
5. Quali sono i vantaggi dell'utilizzo della spettroscopia Raman?
Raman è una potente tecnica analitica:
- Elevata specificità e selettività chimica
- Preparazione del campione minima o nulla
- Costo di consumo minimo o nullo
- Analisi non distruttiva
- Veloce: dall'acquisizione dei dati ai risultati in pochi secondi
- Interfacce utente semplici = facilità d'uso
- Analisi senza contatto, attraverso la barriera
- Flessibilità di campionamento
- Fattore di forma flessibile: dai sistemi da banco ai sistemi portatili
Per riassumere, il fascino della spettroscopia Raman è la sua ampia applicabilità da parte di non tecnici in contesti non tradizionali. Raman porta le capacità chimiche analitiche fuori dal laboratorio e fornisce l'identificazione istantanea del materiale proprio dove è necessario: al molo di ricezione, negli impianti di produzione alimentare, nei musei, nei laboratori clandestini, per l'analisi dei processi o persino al confine. Tutti questi sono scenari ideali che beneficiano dei punti di forza di Raman.
La nostra serie Real World Raman dimostra i vantaggi del Raman portatile in ambienti non tecnici.
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6. Raman può essere utilizzato per l'identificazione di sostanze sconosciute e per la verifica dei materiali. Qual è la differenza?
L'identificazione delle incognite è una misura della somiglianza spettrale tra la sostanza sconosciuta e gli spettri della libreria. Questo metodo di identificazione è facile da implementare, veloce e adatto all'uso con librerie chimiche estese e personalizzabili. Un esempio di questa tecnica sarebbe il test in loco di un piccolo sacchetto di polvere bianca sequestrato a una fermata del traffico, fornendo prove rapide di illegalità nel punto di contatto senza esporre le autorità a potenziali rischi. Scarica il nostro White Paper di seguito per ulteriori informazioni su questo argomento.
White Paper: Identificazione di sostanze stupefacenti in campioni complessi
La selettività di Raman lo rende anche un'ottima tecnica per la verifica di materiali noti, che conferma la consistenza, la purezza e la qualità delle materie prime per i produttori di alimenti, prodotti farmaceutici, prodotti per la cura dei capelli e della pelle, cosmetici e altro ancora. Il metodo di verifica rileva lievi differenze spettrali proiettando ogni spettro campione su un modello. Questo passa o fallisce in base a quanto lo spettro del campione si adatta al modello. Scopri di più sulla verifica con la spettroscopia Raman nel seguente White Paper.
White Paper: Verifica, valori p e set di Training per Mira Prification, p-values
In laboratorio, negli stabilimenti di produzione, sulla scena del crimine o al confine.
I sistemi portatili e portatili sono in grado di viaggiare con l'utente direttamente nel luogo di prova.
Quando si desidera l'identificazione, la verifica o la distinzione di sostanze sufficientemente pure, specialmente quando si tratta di polveri bianche sconosciute e materiali sintetici.
I flussi di lavoro guidati e automatizzati riducono il campionamento a una procedura in tre o quattro fasi, fornendo risultati in pochi secondi senza alcun problema.
Per determinare la consistenza degli ingredienti, scopri se qualcosa è pericoloso, identifica una sostanza sospetta o conferma l'identità di un materiale.
8. Che cos'è SERS e come può aiutarmi?
Lo scattering Raman potenziato dalla superficie (SERS) è una tecnica Raman specializzata che aiuta gli utenti a rilevare tracce di sostanze. Non tutti i materiali sono SERS-attivi, ma i materiali fortemente SERS-attivi possono essere rilevati a livelli di parti per milione (ppm, mg/L) o parti per miliardo (ppb, µg/L). SERS può essere utilizzato anche per rilevare un componente specifico in una miscela o identificare coloranti e materiali fortemente colorati, poiché non è suscettibile alla fluorescenza.
La sfida più grande per SERS è l'individuazione di un composto bersaglio in matrici complesse, tra cui acqua, pillole (ad esempio, farmaci regolamentati, farmaci da banco o venduti per strada) e una varietà di prodotti alimentari. Con l'esperienza e l'indagine, le proprietà uniche dell'analisi SERS possono essere sfruttate con una semplice preparazione del campione.
Scopri di più su come SERS si confronta con Raman nel nostro precedente blog post.
Conclusione
In definitiva, la spettroscopia Raman è una tecnica ideale per l'identificazione o la verifica dei materiali, disponibile per utenti tecnici e non tecnici in un'ampia varietà di impostazioni. Raman è facilmente implementabile, conserva il campione e può essere utilizzato per analizzare migliaia di materiali. Per saperne di più su Raman e sui suoi numerosi vantaggi, consulta i nostri altri articoli del blog, le nostre Application Notes e i white paper.
Metrohm offre una varietà di spettrometri Raman portatili e da banco adatti a tutte le esigenze.
La tua conoscenza "take-aways"
Monografia: Introduzione alla spettroscopia Raman
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