Applicazioni Raman portatili a 785 nm: capacità di identificazione del materiale all'avanguardia in tasca
30 mag 2022
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Il Raman portatile a 785 nm è una tecnica di identificazione dei materiali ben consolidata, in particolare nei mercati farmaceutico e della difesa e della sicurezza. Ora, si prevede che le nuove funzionalità sviluppate da Metrohm Raman aumenteranno le capacità del Raman portatile in diversi settori. Questo articolo tratterà prima la strumentazione e poi concluderà con diverse nuove applicazioni per la spettroscopia Raman a 785 nm.
Opzioni di campionamento flessibili, brevi tempi di analisi, piccolo fattore di forma, e capacità di identificazione superiori sono i vantaggi più noti dei sistemi Raman portatili a 785 nm. Immergiamoci un po' più a fondo e scopriamo come le basse potenze e la risoluzione del laser contribuiscono a questo elenco in crescita.
Tempi di analisi brevi e basse potenze laser preservano la durata della batteria di un sistema, una necessità per il Raman portatile nelle applicazioni sul campo. Le basse potenze del laser comportano anche un minor rischio di degradazione del campione per un'analisi più sicura di materiali sconosciuti.
Il design unico dello spettrometro di MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) raccoglie i dati in tempi di analisi molto brevi con un eccellente rapporto segnale/rumore (SNR). Un confronto tra SNR alto (verde) e basso (grigio) in Figura 1 illustra come il rumore in uno spettro a bassa risoluzione può occludere la risoluzione di picco. In definitiva, un SNR elevato significa più informazioni sui picchi per una corrispondenza ottimale delle librerie.
È possibile trovare una dimostrazione di come sono correlati lunghezza d'onda, potenza laser, tempo di acquisizione e SNR nella Tabella 1 e in Figura 2. Osserva che 1064 nm Raman richiede 440 mW (contro 50 mW) e quasi 10 volte il tempo di acquisizione del campione per confrontare con 785 nm Raman. Alla stessa potenza del laser (50 mW), l'SNR di 1064 nm Raman è quasi sette volte inferiore a quello di 785 nm Raman. È chiaro che l'elevato SNR risultante dalla combinazione di una potenza laser inferiore e un tempo di acquisizione del campione più breve rende il Raman a 785 nm la scelta ideale per gli analisti.
Maggiori informazioni su MIRA sono disponibili nella nostra Application Note gratuita di seguito e nei seguenti post del blog.
Approfondimento su Raman a 785 nm – Produttività, design dello spettrografo, risoluzione e MIRA
Real World Raman: Mira DS in Action – Rilevazione sicura della droga sul campo
Real World Raman: semplificare l'ispezione delle materie prime in entrata
XTR®: la nuova tecnica di abbattimento della fluorescenza per prestazioni migliorate a 785 nm
La lunghezza d'onda può essere molto influente nella scelta di un sistema Raman, ad esempio 532 nm per un segnale forte o 1064 nm per una fluorescenza ridotta, ma 785 nm Raman con reiezione della fluorescenza offre agli utenti il meglio di entrambi i mondi. Circa il 20-30% dei materiali emette fluorescenza sotto eccitazione a questa lunghezza d'onda. Tuttavia, algoritmi brevettati su MIRA XTR DS (Figura 3) eXTRact fluorescenza dallo spettro Raman a 785 nm per l'ID materiale privo di fluorescenza.
Scopri di più su MIRA XTR DS nel nostro White Paper gratuito e nel relativo articolo del blog.
Identificazione del materiale senza fluorescenza a 785 nm con MIRA XTR DS
I vantaggi di Raman eXTRaction sono impressionanti:
- Gli utenti non tecnici possono raccogliere rapidamente e facilmente dati di alta qualità ovunque per diverse applicazioni di identificazione dei materiali
- XTR rende possibile l'analisi di migliaia di campioni altamente colorati, organici e/o complessi
- Gli spettri ad alta risoluzione migliorano le capacità di corrispondenza delle librerie, fornendo un'identificazione del materiale rapida e precisa
- Gli spettri SNR incredibilmente elevati forniti da XTR, anche durante il campionamento di materiali fluorescenti, consentono un'analisi diretta e sensibile anche di componenti a bassa concentrazione
Nuove funzionalità di campionamento per Raman palmare
Per noi, campionamento flessibile significa raccolta di dati di successo in ogni scenario di campo: dall'immersione diretta al campionamento attraverso la barriera.
Metrohm Raman offre anche opzioni per la raccolta di dati montati su robot, senza contatto, a distanza, ritardata, e distanziata (Figura 4). In definitiva, ciascuna di queste capacità è progettata per ridurre il contatto con sostanze chimiche potenzialmente pericolose.
Immagina una grande fuoriuscita di sostanze chimiche in una grande struttura: l'identificazione del materiale deve avvenire prima che possa iniziare la bonifica, idealmente senza interazione con sostanze sconosciute. In uno scenario del genere, un robot trasporta MIRA XTR DS con l'Autofocus Standoff Attachment (AFSO) nell'area dello sversamento mentre gli operatori rimangono all'esterno. Il robot, lo strumento e l'accessorio possono essere azionati in remoto per raccogliere informazioni rilevanti sulla natura della fuoriuscita.
Scopri di più sull'attacco per autofocus (AFSO) di Metrohm Raman nella seguente brochure.
Raggiungere nuovi mercati con le ultime applicazioni
Alta risoluzione, mitigazione della fluorescenza e capacità di campionamento flessibili sono grandi vantaggi per gli utenti Raman palmari. Qui discutiamo diversi esempi di applicazioni per illustrare come il Raman portatile viene utilizzato al di là dei mercati farmaceutico, della difesa e della sicurezza.
Sostanze chimiche
Raman può essere un potente strumento per lo sviluppo sintetico di composti chimici o nei laboratori di ricerca perché la sua specificità rende l'identificazione, il rilevamento e la caratterizzazione chimica facile e veloce. Tuttavia, le sostanze organiche possono anche essere alcuni dei materiali più problematici sotto l'interrogazione a 785 nm. XTR risolve questo problema, come mostrato nell'esempio qui.
Le molecole sinteticamente utili hanno spesso legami multipli ed è probabile che mostrino anche fluorescenza nello spettro Raman. Si consideri l'acido folico, una vitamina B utile anche come materiale sintetico a causa della sua saturazione estesa e dei numerosi gruppi funzionali. L'acido folico emette fluorescenza sotto l'interrogatorio Raman, ma ciò nonostante, l'XTR produce uno spettro ad altissima risoluzione.
Coloranti
I coloranti e i materiali altamente colorati emettono quasi sempre fluorescenza sotto l'interrogatorio Raman e l'ampia e informe linea di base della fluorescenza oscura i picchi caratteristici. Questo può essere composto in materiali complessi e miscele.
Qui, un prodotto alimentare molto colorato (Koolaid® drink mix) è stato interrogato dal Raman portatile. Lo spettro superiore (blu) è un eccellente esempio della forte fluorescenza dall'analisi dei coloranti con Raman a 785 nm. Le routine XTR estraggono il segnale dal materiale target abbastanza bene da consentire l'identificazione positiva di Allura Red (FD&C Red 40) in MIRA Cal DS.
L'acido sulfanilico è un altro ottimo esempio che mostra i vantaggi dell'utilizzo dell'XTR per l'analisi di materiali che sono tipicamente difficili per Raman.
Questo composto forma facilmente un sale di diazonio abbastanza stabile che viene utilizzato come precursore per produrre coloranti e sulfamidici. L'acido sulfanilico è un reagente unico: la sua forma pura non è fluorescente, ma la sua elevata reattività garantisce la contaminazione nella maggior parte dei campioni che contengono tracce di coloranti, portandoli a fluorescenza con Raman. Per l'acido sulfanilico misurato con XTR si ottiene uno spettro pieno di picchi distinti e nitidi.
Cibo e bevande
L'autenticazione continua ad essere un uso diffuso per il Raman palmare nell'industria alimentare e delle bevande. Potresti avere familiarità con l'autenticazione degli oli con MIRA P. Consulta il nostro White Paper gratuito qui per saperne di più.
Facile verifica di oli alimentari con la spettroscopia Raman
MIRA XTR DS mostra anche qui i suoi punti di forza. L'olio di sesamo è stato utilizzato come materiale di prova primario nello sviluppo di XTR perché è un materiale organico di colore scuro che è difficile da analizzare con Raman a 785 nm (in blu). Tuttavia, XTR può estrarre il segnale Raman con una risoluzione sufficiente per rivelare i picchi distintivi dell'olio di sesamo (in verde).
La maggior parte degli oli commestibili condivide picchi caratteristici, ma le intensità relative dei picchi variano a seconda del tipo di olio. Uno studio pubblicato di recente ha utilizzato MIRA DS per confrontare i rapporti di picco relativi per 1658 e 1442 cm-1 per l'autenticazione e la quantificazione delle miscele di oli [1]. Rispetto al metodo di riferimento riportato, XTR fornisce una risoluzione spettrale maggiore ed è capace di un'autenticazione superiore di oli commestibili.
Nutraceutici e integratori alimentari
Gli integratori alimentari sono spesso composti da grandi dosi di vitamine, minerali, fibre e antiossidanti che provengono da frutta e verdura dai colori vivaci. Nutraceutici e integratori alimentari sono meno regolamentati dei prodotti farmaceutici, ma Raman può essere utilizzato per confermare l'identità di un supplemento.
La quercetina è un pigmento vegetale con effetti antiossidanti e antinfiammatori che viene utilizzato come ingrediente in integratori alimentari, bevande e alimenti. MIRA XTR DS può produrre uno spettro distinto dalla quercetina con picchi distintivi intensi e ben risolti, nonostante la fluorescenza.
Ricerca e formazione
Dalla distinzione tra materiali molto simili al rilevamento di composti target e al confronto dei rapporti di picco relativi, Raman portatile è promettente anche per applicazioni di ricerca e istruzione.
Uno studio del 2020 ha confrontato i sistemi Raman portatili e da banco per l'analisi dei metaboliti delle piante e la diagnosi degli stress delle piante in ambienti agricoli [2]. I ricercatori hanno concluso che i sistemi portatili raccolgono dati di qualità e sono superiori per la diagnosi precoce e il monitoraggio in situ e in tempo reale delle sollecitazioni delle piante in condizioni di campo. Ciò ha attirato l'attenzione di due diversi colleghi Metrohm, che hanno testato in modo indipendente un impianto per uffici per confermare i dati. XTR produce uno spettro con somiglianze molto interessanti con i risultati riportati (spettro sinistro in basso in verde) e con una risoluzione di gran lunga migliore.
![(L) Foglia di pianta interrogata da 785 nm Raman (con e senza XTR). (R) Selezione di diverse foglie e composti chimici misurati con sistemi Raman portatili e da banco [2].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Raman leaf-clip spectrum and article?qlt=85&wid=1600&ts=1652766731172&dpr=off "(L) Foglia di pianta interrogata da 785 nm Raman (con e senza XTR). (R) Selezione di diverse foglie e composti chimici misurati con sistemi Raman portatili e da banco [2].")
Sviluppo SERS
Abbiamo già discusso di come SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) aggiunga il rilevamento di tracce e la mediazione della fluorescenza al lungo elenco di vantaggi di Raman in un White Paper e nelle nostre Application Notes.
Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) – Ampliare i limiti dell'analisi Raman convenzionale
SERS Rilevamento di blu brillante – Superare i problemi di fluorescenza con MISA
Due nuove applicazioni SERS illustrano questi vantaggi. Il primo è un buon esempio di SERS e dell'analisi dei coloranti. Il secondo descrive come una semplice procedura di pulizia del campione migliora la sensibilità di rilevamento.
Autenticazione dello zafferano
La sfida nell'identificare lo zafferano di bassa qualità o contraffatto risiede nella varietà di strategie utilizzate per dare l'aspetto di una miscela pura, ad esempio l'aggiunta di coloranti e l'inclusione di parti di fiori non autentiche. Questa è una dimostrazione del potere di MISA (analizzatore SERS istantaneo Metrohm) per un'autenticazione alimentare semplice e portatile.
Scopri di più su MISA nel nostro articolo sul blog.
Combattere la frode alimentare: incontra MISA
SERS contribuisce qui con le proprie capacità intrinseche di riduzione della fluorescenza. In questo confronto tra analisi Raman e SERS dello zafferano puro, lo sfondo SERS (in arancione) è molto meno influenzato dalla fluorescenza. Ciò supporta il rilevamento molto sensibile del Sudan 1, un colorante tossico utilizzato in concentrazioni molto basse per imitare il colore ricco dello zafferano.
Scopri di più sull'autenticazione dello zafferano nella seguente Application Note.
Pesticidi sull'uvetta
L'uvetta viene consumata in tutto il mondo come uno spuntino salutare. Tuttavia, l'uso massiccio di pesticidi nei paesi con scarsa regolamentazione trasforma questo spuntino in un prodotto alimentare potenzialmente dannoso. L'acetamiprid è un pesticida neonicotinoide ampiamente utilizzato che ha un ruolo nel collasso delle colonie di api ed è ora regolato a un livello massimo di residui di 0,5 µg/g (500 ppb) in Europa.
Tecniche di estrazione del campione semplici ed efficaci supportano analisi SERS portatili, flessibili e in loco. Qui, un solvente altamente volatile è stato utilizzato per estrarre il composto bersaglio. La rapida evaporazione di un grande volume di surnatante (800 µL invece dei 200 µL generalmente utilizzati) migliora il rilevamento ai livelli di ppb. Con questo trattamento, i picchi di acetamiprid sono visibili fino a 0,5 µg/g (in arancione).
Conclusione
Questa è l'evoluzione del Raman portatile a 785 nm: grande innovazione in un sistema tascabile. Un intero mondo di più ampie possibilità applicative si apre quando i dispositivi Raman a 785 nm iniziano ad adottare e utilizzare XTR.
Riferimenti
[1] Pasticceria, S.; Abramo, B.; Ajikumar, nord; et al. Stima rapida del valore dello iodio utilizzando uno spettrometro Raman portatile per l'autenticazione in loco senza reagenti di oli commestibili. ACS Omega 2022, 7 (11), 9164–9171. DOI:10.1021/acsomega.1c05123
[2] Gupta, S.; Huang, C. H.; Singh, G. P.; et al. Sensore portatile Raman Leaf-Clip per il rilevamento rapido dello stress delle piante. Sci. Rappresentante. 2020, 10 (1), 20206. DOI:10.1038/s41598-020-76485-5
La tua conoscenza "take-aways"
Webinar on-demand: espansione delle capacità del Raman portatile a 785 nm
Identificazione dei materiali a 785 nm senza fluorescenza con MIRA XTR DS
Questo white paper gratuito presenta un'indagine sui metodi di soppressione della fluorescenza, i vantaggi di MIRA XTR DS ed esempi di applicazione (ad esempio, sostanze chimiche pericolose, droghe illecite, ingredienti e prodotti utilizzati nell'industria alimentare e delle bevande e materiali lavorati).
