Aplicações Raman portáteis de 785 nm: recursos de identificação de materiais de última geração no seu bolso
30/05/2022
Artigo
Compartilhar artigo
O Raman portátil de 785 nm é uma técnica de identificação de materiais bem estabelecida, principalmente nos mercados farmacêutico e de defesa e segurança. Agora, espera-se que novos recursos desenvolvidos pela Metrohm Raman aumentem as capacidades do Raman portátil em diversos setores. Este artigo cobrirá primeiro a instrumentação e depois concluirá com diversas novas aplicações para espectroscopia Raman de 785 nm.
Opções flexíveis de amostragem, tempos de análise curtos, fator de forma pequeno, e capacidades de identificação superiores são os benefícios mais conhecidos dos sistemas Raman portáteis de 785 nm. Vamos mergulhar um pouco mais fundo e verificar como a baixa potência e a resolução do laser contribuem para essa lista crescente.
Tempos de análise curtos e baixas potências de laser preservam a vida útil da bateria de um sistema – uma necessidade para Raman portátil em aplicações de campo. As baixas potências do laser também representam menos risco de degradação da amostra para uma análise mais segura de materiais desconhecidos.
O design exclusivo do espectrômetro MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) coleta dados em tempos de análise muito curtos com uma excelente relação sinal-ruído (SNR). Uma comparação de SNR alto (verde) e baixo (cinza) em figura 1 ilustra como o ruído em um espectro de baixa resolução pode obstruir a resolução de pico. Em última análise, um SNR alto significa mais informações de pico para uma correspondência ideal da biblioteca.
Uma demonstração de como o comprimento de onda, a potência do laser, o tempo de aquisição e o SNR estão relacionados pode ser encontrada em tabela 1 e Figura 2. Observe que Raman de 1064 nm requer 440 mW (vs. 50 mW) e quase 10x o tempo de aquisição da amostra para comparar com Raman de 785 nm. Com a mesma potência do laser (50 mW), o SNR de Raman de 1064 nm é quase sete vezes menor que o de Raman de 785 nm. É claro que o alto SNR resultante da combinação de menor potência do laser e menor tempo de aquisição de amostra torna o Raman 785 nm a escolha ideal para analistas.
Mais informações sobre o MIRA podem ser encontradas em nossa Nota de Aplicação gratuita abaixo e nas postagens do blog a seguir.
Raman do mundo real: Mira DS em ação – Detectando drogas com segurança no campo
Raman do mundo real: simplificando a inspeção de matérias-primas recebidas
XTR®: A nova técnica de rejeição de fluorescência para melhor desempenho em 785 nm
O comprimento de onda pode ser muito influente ao decidir sobre um sistema Raman, por exemplo, 532 nm para sinal forte ou 1064 nm para fluorescência reduzida – mas Raman de 785 nm com rejeição de fluorescência oferece aos usuários o melhor dos dois mundos. Aproximadamente 20–30% dos materiais fluorescem sob excitação neste comprimento de onda. No entanto, algoritmos patenteados no MIRA XTR DS (Figura 3) extrair fluorescência do espectro Raman de 785 nm para identificação de material livre de fluorescência.
Saiba mais sobre o MIRA XTR DS em nosso white paper gratuito e artigo de blog relacionado.
Identificação de material de 785 nm sem fluorescência com MIRA XTR DS
Os benefícios do Raman eXTRaction são impressionantes:
- Usuários não técnicos podem coletar dados de alta qualidade de forma rápida e fácil em qualquer lugar para diversas aplicações de identificação de materiais
- O XTR possibilita a análise de milhares de amostras altamente coloridas, orgânicas e/ou complexas
- Espectros de alta resolução melhoram os recursos de correspondência de bibliotecas, fornecendo identificação de materiais rápida e precisa
- Os espectros SNR incrivelmente altos fornecidos pelo XTR, mesmo durante a amostragem de materiais fluorescentes, permitem a análise direta e sensível até mesmo de componentes de baixa concentração
Novos recursos de amostragem para Raman portátil
Para nós, amostragem flexível significa coleta de dados bem-sucedida em todos os cenários de campo: desde a imersão direta até a amostragem através de barreira.
Metrohm Raman também oferece opções para montado em robô, sem contato, controlo remoto, atrasado, e coleta de dados impasse (Figura 4). Em última análise, cada uma destas capacidades foi concebida para reduzir o contacto com produtos químicos potencialmente perigosos.
Imagine um grande derramamento químico em uma grande instalação: a identificação do material deve ocorrer antes que a remediação possa começar, de preferência sem interação com substâncias desconhecidas. Nesse cenário, um robô carrega o MIRA XTR DS com o Acessório de distanciamento de foco automático (AFSO) na área do derramamento enquanto os operadores permanecem do lado de fora. O robô, o instrumento e o acessório podem ser operados remotamente para coletar informações relevantes sobre a natureza do derramamento.
Saiba mais sobre o Autofocus Standoff Attachment (AFSO) da Metrohm Raman no folheto a seguir.
Alcançando novos mercados com as aplicações mais recentes
Alta resolução, mitigação de fluorescência e recursos flexíveis de amostragem são grandes benefícios para usuários portáteis de Raman. Aqui discutimos vários exemplos de aplicação para ilustrar como o Raman portátil está sendo usado além dos mercados farmacêutico e de defesa e segurança.
Produtos químicos
Raman pode ser uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento sintético de compostos químicos ou em laboratórios de pesquisa porque sua especificidade torna a identificação, detecção e caracterização química Rápido e fácil. No entanto, as substâncias orgânicas também podem ser alguns dos materiais mais problemáticos sob interrogação em 785 nm. O XTR supera esse problema, conforme mostrado no exemplo aqui.
Moléculas sinteticamente úteis geralmente têm ligações múltiplas e também apresentam fluorescência no espectro Raman. Considere o ácido fólico, uma vitamina B que também é útil como material sintético devido à sua saturação prolongada e aos numerosos grupos funcionais. O ácido fólico apresenta fluorescência sob interrogação Raman, mas, mesmo assim, o XTR produz um espectro de resolução muito alta.
Corantes
Corantes e materiais altamente coloridos quase sempre fluorescem sob interrogação Raman, e a linha de base ampla e indefinida da fluorescência obscurece os picos característicos. Isso pode ser agravado em materiais e misturas complexas.
Aqui, um produto alimentar altamente colorido (mistura para bebidas Koolaid®) foi interrogado pelo portátil Raman. O espectro superior (azul) é um excelente exemplo da forte fluorescência da análise de corantes com Raman de 785 nm. As rotinas XTR extraem o sinal do material alvo suficientemente bem para que o Allura Red (FD&C Red 40) possa ser identificado positivamente no MIRA Cal DS.
O ácido sulfanílico é outro grande exemplo que mostra as vantagens do uso de XTR para análise de materiais que normalmente são difíceis para Raman.
Este composto forma facilmente um composto bastante estável sal de diazônio que é usado como precursor para fazer corantes e sulfas. O ácido sulfanílico é um reagente único – sua forma pura não fluoresce, mas sua alta reatividade garante contaminação na maioria das amostras que contêm vestígios de corantes, levando-as a fluorescer com Raman. Um espectro cheio de picos distintos e nítidos é alcançado para o ácido sulfanílico medido com XTR.
Alimentos e bebidas
A autenticação continua a ser um uso generalizado para Raman portátil na indústria de alimentos e bebidas. Você deve estar familiarizado com a autenticação de óleos com MIRA P. Confira nosso White Paper gratuito aqui para saber mais.
Verificação fácil de óleos comestíveis com espectroscopia Raman
O MIRA XTR DS também mostra seus pontos fortes aqui. O óleo de gergelim foi usado como material de teste primário no desenvolvimento do XTR porque é um material orgânico de cor escura que é difícil de analisar com Raman 785 nm (em azul). No entanto, o XTR pode extrair o sinal Raman com resolução suficiente para revelar os picos característicos distintos do óleo de gergelim (em verde).
A maioria dos óleos comestíveis compartilham picos característicos, mas as intensidades relativas dos picos variam com o tipo de óleo. Um estudo publicado recentemente usou o MIRA DS para comparar as proporções relativas dos picos de 1658 e 1442 cm-−1 para autenticação e quantificação de misturas de petróleo [1]. Comparado ao método de linha de base relatado, o XTR fornece maior resolução espectral e é capaz de autenticação superior de óleos comestíveis.
Nutracêuticos e suplementos dietéticos
Os suplementos dietéticos são frequentemente compostos de grandes doses de vitaminas, minerais, fibras e antioxidantes provenientes de frutas e vegetais de cores vibrantes. Os nutracêuticos e os suplementos dietéticos são menos regulamentados que os produtos farmacêuticos, mas Raman pode ser usado para confirmar a identidade de um suplemento.
A quercetina é um pigmento vegetal com efeitos antioxidantes e antiinflamatórios utilizado como ingrediente em suplementos dietéticos, bebidas e alimentos. MIRA XTR DS pode produzir um espectro distinto da quercetina com picos de assinatura intensos e bem resolvidos, apesar da fluorescência.
Pesquisa e educação
Da distinção entre materiais muito semelhantes à detecção de compostos alvo e à comparação de proporções relativas de pico, o Raman portátil também é promissor para aplicações em pesquisa e educação.
Um estudo de 2020 comparou sistemas Raman portáteis e de bancada para análise de metabólitos de plantas e diagnóstico de estresse de plantas em ambientes agrícolas [2]. Os pesquisadores concluíram que os sistemas portáteis coletam dados de qualidade e são superiores para diagnóstico precoce e monitoramento in-situ e em tempo real das tensões da planta em condições de campo. Isto chamou a atenção de dois colegas diferentes da Metrohm, que testaram independentemente uma planta de escritório para confirmar os dados. O XTR produz um espectro com ótimas semelhanças com as descobertas relatadas (espectro esquerdo abaixo em verde) e com resolução muito melhor.
![(L) Folha da planta interrogada por Raman 785 nm (com e sem XTR). (R) Seleção de diferentes folhas e compostos químicos medidos por sistemas Raman portáteis e de bancada [2].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Raman leaf-clip spectrum and article?qlt=85&wid=1600&ts=1728021023555&dpr=off "(L) Folha da planta interrogada por Raman 785 nm (com e sem XTR). (R) Seleção de diferentes folhas e compostos químicos medidos por sistemas Raman portáteis e de bancada [2].")
Desenvolvimento SERS
Já discutimos como o SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) adiciona detecção de traços e mediação de fluorescência à longa lista de benefícios do Raman em um white paper e em nossas notas de aplicação.
Detecção SERS de Azul Brilhante – Superando problemas de fluorescência com MISA
Duas novas aplicações SERS ilustram estes benefícios. O primeiro é um bom exemplo de SERS e análise de corantes. A segunda descreve como um procedimento simples de limpeza da amostra melhora a sensibilidade da detecção.
Autenticação de açafrão
O desafio de identificar açafrão de baixa qualidade ou falsificado reside na variedade de estratégias utilizadas para dar a aparência de uma mistura pura – por exemplo, adição de corantes e inclusão de partes de flores não autênticas. Esta é uma demonstração do poder MISA (Analisador SERS Instantâneo Metrohm) para autenticação de alimentos simples e portátil.
Saiba mais sobre o MISA em nosso artigo do blog.
Combater a fraude alimentar: Conheça o MISA
SERS contribui aqui com suas próprias capacidades inerentes de redução de fluorescência. Nesta comparação da análise Raman e SERS do açafrão puro, o fundo SERS (em laranja) é muito menos afetado pela fluorescência. Isto apoia a detecção muito sensível do Sudão 1, um corante tóxico usado em concentrações muito baixas para imitar a rica cor do açafrão.
Saiba mais sobre a autenticação saffron na Nota de Aplicação a seguir.
Detecção de vestígios de corante tóxico em açafrão – Protegendo a segurança do consumidor com MISA
Pesticidas em passas
As passas são consumidas em todo o mundo como um lanche saudável. No entanto, o uso intenso de pesticidas em países com fraca regulamentação transforma este lanche num produto alimentar potencialmente prejudicial. O acetamipride é um pesticida neonicotinóide amplamente utilizado que tem um papel no colapso das colónias de abelhas e é agora regulamentado para um nível máximo de resíduos de 0,5 µg/g (500 ppb) na Europa.
Técnicas simples e eficazes de extração de amostras suportam análises SERS portáteis e flexíveis no local. Aqui, um solvente altamente volátil foi usado para extrair o composto alvo. A rápida evaporação de um grande volume de sobrenadante (800 µL em vez dos 200 µL geralmente usados) melhora a detecção para níveis de ppb. Com este tratamento, os picos de acetamipride são visíveis até 0,5 µg/g (em laranja).
Conclusão
Esta é a evolução do Raman portátil de 785 nm: grande inovação em um sistema de bolso. Um mundo inteiro de possibilidades de aplicação mais amplas se abre à medida que os dispositivos Raman de 785 nm começam a adotar e utilizar o XTR.
Referências
[1] Pulassery, S.; Abraão, B.; Ajikumar, N.; e outros. Estimativa rápida do valor de iodo usando um espectrômetro Raman portátil para autenticação de óleos comestíveis no local e sem reagentes. ACS Ômega 2022, 7 (11), 9164–9171. DOI:10.1021/acsomega.1c05123
[2] Gupta, S.; Huang, C. H.; Singh, G. P.; e outros. Sensor Raman Leaf-Clip portátil para detecção rápida de estresse em plantas. Ciência. Representante. 2020, 10 (1), 20206. DOI:10.1038/s41598-020-76485-5
Suas conclusões de conhecimento
Webinar sob demanda: Expandindo as capacidades do Raman portátil de 785 nm
