Chia sẻ bài viết
Quang phổ Raman cầm tay 785 nm là một kỹ thuật định danh vật liệu đã được ứng dụng từ lâu, đáng chú ý nhất là ứng dụng của chúng trong lĩnh vực dược phẩm, quốc phòng và an ninh. Giờ đây, các cải tiến mới do Metrohm Raman phát triển được kỳ vọng sẽ tăng khả năng của Raman cầm tay trong nhiều ngành công nghiệp. Bài viết này sẽ giới thiệu về thiết bị Quang phổ Raman cầm tay và MIRA XTR®, cũng như các kết quả đạt được trong một số ứng dụng mới.
Nội dung chi tiết sẽ được trình bày trong bài viết:
- Giới thiệu về thiết bị Quang phổ Raman cầm tay 785 nm
- Giới thiệu thiết bị MIRA XTR®: Kỹ thuật loại bỏ tín hiệu huỳnh quang để cải thiện hiệu suất 785 nm
- Khả năng lấy mẫu tối ưu cho Raman cầm tay
- Ứng dụng của Quang phổ Raman
- Kết luận
1. Giới thiệu về thiết bị Quang phổ Raman cầm tay 785 nm
Thiết bị Quang phổ Raman cầm tay 785 nm có những tùy chọn lấy mẫu linh hoạt, thời gian phân tích ngắn, yếu tố nhỏ gọn và khả năng định danh vượt trội. Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn một chút và kiểm tra nguồn laser công suất thấp và độ phân giải góp phần vào danh sách sự phát triển của Raman.
Thời gian phân tích ngắn và công suất laser thấp giúp bảo toàn tuổi thọ pin cho hệ thống — một điều cần thiết cho Raman cầm tay trong các ứng dụng thực hiện tại hiện trường. Công suất laser thấp cũng ít gây ra rủi ro làm giảm chất lượng mẫu và phân tích an toàn hơn đối với các vật liệu chưa được xác định.
Thiết kế quang phổ kế độc đáo của MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) thu thập dữ liệu trong thời gian phân tích rất ngắn với tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) rất cao. So sánh SNR cao (xanh lục) và thấp (xám) trong Hình 1 Minh họa tín hiệu nhiễu trong phổ có độ phân giải thấp có thể che khuất độ phân giải cực đại như thế nào. Cuối cùng, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao nghĩa là nhiều thông tin đỉnh peak hơn cho sự khớp thư viện tối ưu.
Một minh chứng về mối liên hệ giữa bước sóng, công suất laser, thời gian thu nhận và SNR trong Bảng 1 và Hình 2. Quan sát nhận thấy rằng Raman 1064 nm yêu cầu công suất 440 mW (so với 50 mW) và cao gần 10 lần thời gian thu nhận mẫu so với 785 nm Raman. Ở cùng công suất laser (50 mW), SNR của Raman 1064 nm thấp hơn gần bảy lần so với Raman 785 nm. Rõ ràng là SNR cao do kết hợp công suất laser thấp hơn và thời gian thu nhận mẫu ngắn hơn khiến Raman 785 nm trở thành lựa chọn lý tưởng cho các nhà phân tích.
Thông tin thêm về MIRA có thể được tìm thấy trong Ghi chú ứng dụng liên quan miễn phí và bài viết từ chuyên gia của chúng tôi bên dưới:
Cái nhìn sâu sắc về Raman 785 nm - Thông lượng, thiết kế quang phổ, độ phân giải và MIRA
Cách MIRA trở thành thiết bị quang phổ cầm tay
Real World Raman: Mira DS in Action - Phát hiện ma túy một cách an toàn tại hiện trường
Real World Raman: Đơn giản hóa việc kiểm tra nguyên liệu thô đầu vào
2. Giới thiệu thiết bị MIRA XTR®: Kỹ thuật loại bỏ tín hiệu huỳnh quang để cải thiện hiệu suất 785 nm
Bước sóng có thể ảnh hưởng đến quyết định lựa chọn hệ thống Raman, ví dụ: 532 nm cho tín hiệu mạnh hoặc 1064 nm cho giảm huỳnh quang - nhưng Raman 785 nm với loại bỏ huỳnh quang mang lại cho người dùng những điều tốt nhất. Khoảng 20–30% vật liệu phát huỳnh quang có kích thích ở bước sóng này. Tuy nhiên, các thuật toán đã được cấp bằng sáng chế trên MIRA XTR DS (Hình 3) trích lọc huỳnh quang từ phổ Raman 785 nm cho định danh vật liệu không có huỳnh quang.
Tìm hiểu thêm về MIRA XTR DS trong tài liệu và bài viết blog liên quan của chúng tôi.
Định danh vật liệu không huỳnh quang 785 nm với MIRA XTR
Sự phát triển của quang phổ Raman 785 nm cầm tay: Chiết xuất Raman từ giao thoa huỳnh quang
Những lợi ích của Raman eXTRaction rất ấn tượng:
- Người dùng không chuyên về kỹ thuật có thể nhanh chóng và dễ dàng thu thập dữ liệu với chất lượng cao ở bất kỳ đâu cho các ứng dụng định danh vật liệu đa dạng
- XTR giúp phân tích hàng nghìn mẫu có màu sắc cao, hữu cơ và / hoặc phức tạp
- Quang phổ có độ phân giải cao nâng cao khả năng khớp phổ thư viện, cung cấp đinh danh vật liệu nhanh chóng và chính xác
- Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của phổ cực cao được cung cấp bởi XTR, ngay cả khi lấy mẫu vật liệu huỳnh quang và cho phép phân tích trực tiếp, đo độ nhạy với các thành phần có nồng độ thấp
3. Khả năng lấy mẫu tối ưu cho Raman cầm tay
Đối với chúng tôi, lấy mẫu linh hoạt có nghĩa là thu thập dữ liệu thành công trong mọi tình huống thực địa: Từ mẫu ngập trong nước đến lấy mẫu xuyên rào cản.
Xác định Vật chứa- Phương pháp đơn giản, có hướng dẫn cho ID vật liệu với Raman
Raman cầm tay để ngăn chặn sự tấn công của axit – Xác định axit xuyên qua chai nhựa
Metrohm Raman cũng cung cấp các tính năng để thu thập dữ liệu bằng robot có gắn thiết bị, không tiếp xúc, vận hành từ xa, nhanh chóng và an toàn (Hình 4). Cuối cùng, mỗi tính năng này được thiết kế để giảm tiếp xúc với các hóa chất nguy hiểm tiềm tàng.
Hãy tưởng tượng một sự cố tràn hóa chất lớn tại một cơ sở lớn: định danh vật liệu phải được thực hiện trước khi có thể bắt đầu khắc phục sự cố, lý tưởng nhất là không có sự tiếp xúc với các chất chưa biết. Trong trường hợp như vậy, một robot mang MIRA XTR DS với đầu đo mẫu từ xa Autofocus Standoff Attachment (AFSO) vận hành trong khu vực tràn hóa chất trong khi người điều khiển vẫn ở bên ngoài. Rô-bốt, thiết bị và phụ kiện đính kèm đều có thể được vận hành từ xa để thu thập thông tin liên quan về sự cố.
Tìm hiểu thêm về Đầu đo mẫu từ xa Autofocus Standoff (AFSO) của Metrohm Raman trong brochure sau.
4. Ứng dụng Quang phổ Raman cầm tay
Độ phân giải cao, giảm thiểu huỳnh quang và khả năng lấy mẫu linh hoạt là những lợi ích tuyệt vời cho người dùng quang phổ Raman cầm tay. Ở đây, chúng tôi thảo luận về một số ví dụ ứng dụng để minh họa cách Raman cầm tay đang được sử dụng ngoài thị trường dược phẩm và quốc phòng và an ninh.
4.1. Hóa chất
Raman có thể là một công cụ mạnh mẽ để phát triển tổng hợp các hợp chất hóa học hoặc trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu vì tính đặc hiệu của nó giúp xác định, phát hiện và định danh hóa chất nhanh chóng và dễ dàng. Tuy nhiên, các chất hữu cơ cũng có thể được xem là vật liệu khó xác định dưới bước sóng 785nm. XTR khắc phục vấn đề này và được hiển thị trong ví dụ ở đây.
Các phân tử tổng hợp thường có nhiều liên kết và cũng có khả năng thể hiện huỳnh quang trong quang phổ Raman. Hãy xem xét axit folic, một loại vitamin B cũng được xem như một vật liệu tổng hợp vì độ bão hòa kéo dài và nhiều nhóm chức năng. Axit folic phát huỳnh quang dưới sự xác định vởi Raman, nhưng dù sao, XTR tạo ra phổ có độ phân giải rất cao.
4.2. Thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm và vật liệu có màu cao gần như luôn phát huỳnh quang dưới sự thẩm vấn của Raman, và đường nền bị huỳnh quang rộng che khuất các đỉnh Peak đặc trưng. Điều này thường được hình thành trong các vật liệu và hỗn hợp phức tạp.
Tại đây, một sản phẩm thực phẩm có màu sắc (hỗn hợp đồ uống Koolaid®) được thẩm vấn với Raman cầm tay. Phổ trên cùng (màu xanh) là một ví dụ tuyệt vời về tjns hiệu huỳnh quang mạnh từ phân tích thuốc nhuộm với Raman 785nm. Tín hiệu trích xuất hằng ngày của kỹ thuật XTR từ vật liệu mục tiêu đủ tốt để Allura Red (FD &C Red 40) có thể được xác định tích cực trong MIRA Cal DS.
Axit sulfanilic là một ví dụ tuyệt vời khác cho thấy những lợi thế của việc sử dụng XTR để phân tích các vật liệu thường gặp khóa khăn đối với Raman.
Hợp chất này dễ dàng tạo thành một muối diazonium khá ổn định và được sử dụng làm tiền chất để sản xuất thuốc nhuộm và thuốc sulfa. Axit sulfanilic là một thuốc thử độc đáo - dạng tinh khiết của nó không phát huỳnh quang, nhưng khả năng phản ứng cao của nó làm ô nhiễm trong hầu hết các mẫu có chứa một lượng nhỏ thuốc nhuộm, dẫn đến gây tín hiệu huỳnh quang với Raman. Một phổ đầy đủ các đỉnh phân biệt sắc nét đạt được đối với axit sulfanilic được đo bằng kỹ thuật XTR.
4.3. Thực phẩm và đồ uống
Việc định danh tiếp tục được sử dụng rộng rãi cho Raman cầm tay trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống. Bạn có thể quen thuộc với việc định danh các loại dầu bằng MIRA P. Kiểm tra whitepaper miễn phí của chúng tôi tại đây để tìm hiểu thêm.
MIRA XTR DS cũng cho thấy thế mạnh của mình ở đây. Dầu mè được sử dụng làm vật liệu thử nghiệm chính trong quá trình phát triển kỹ thuật XTR vì nó là một vật liệu hữu cơ, có màu tối, khó phân tích với Raman 785 nm (màu xanh lam). Tuy nhiên, XTR có thể trích xuất tín hiệu Raman với độ phân giải đủ để phát hiện các đỉnh đặc trưng riêng biệt của dầu mè (màu xanh lá cây).
Hầu hết các loại dầu ăn đều có chung đỉnh đặc trưng, nhưng tương quan đỉnh peak sẽ thay đổi tùy theo loại dầu. Một nghiên cứu được công bố gần đây đã sử dụng MIRA DS để so sánh tỷ lệ tương quan đỉnh peak cho 1658 và 1442 cm−1 để xác thực và định lượng hỗn hợp dầu [1]. So với phương pháp dụa vào đường nền được báo cáo, XTR cung cấp độ phân giải quang phổ cao hơn và có khả năng xác thực vượt trội các loại dầu ăn.
4.3. Thực phẩm chức năng và thực phẩm bổ sung
Thực phẩm bổ sung thường bao gồm một lượng lớn vitamin, khoáng chất, chất xơ và chất chống oxy hóa có nguồn gốc từ trái cây và rau quả có màu sắc rực rỡ. Thực phẩm chức năng và thực phẩm bổ sung ít quy định so với dược phẩm, nhưng Raman có thể được sử dụng để xác nhận định danh của một chất bổ sung.
Quercetin là một sắc tố thực vật có tác dụng chống oxy hóa và chống viêm được sử dụng như một thành phần trong thực phẩm chức năng, đồ uống và thực phẩm. MIRA XTR DS có thể tạo ra một phổ khác biệt với quercetin với các đỉnh đặc trưng cường độ cao, độ phân giải tốt, bất chấp huỳnh quang.
4.4. Nghiên cứu và giáo dục
Từ sự khác biệt giữa các vật liệu rất giống nhau đến việc phát hiện các hợp chất mục tiêu và so sánh tỷ lệ đỉnh peak tương quan, Raman cầm tay cũng hứa hẹn cho các ứng dụng trong nghiên cứu và giáo dục.
Một nghiên cứu năm 2020 đã so sánh các hệ thống Raman cầm tay và để bàn để phân tích các chất chuyển hóa thực vật và chẩn đoán suy giảm tăng trưởng ở thực vật trong môi trường nông nghiệp [2]. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng các hệ thống cầm tay thu thập dữ liệu chất lượng và vượt trội hơn trong chẩn đoán sớm và theo dõi tại chỗ, theo thời gian thực đối với các suy giảm tăng trưởng ở thực vật trên đồng ruộng. Điều này lọt vào mắt xanh của hai đồng nghiệp Metrohm, người người đã kiểm tra sự khác biệt giữa thực vật trồng trong phòng để xác nhận dữ liệu. Quy trình của ky thuật XTR tạo ra một phổ có những điểm tương đồng rất hay với những phát hiện được báo cáo (phổ bên trái phía dưới màu xanh lá cây) và với độ phân giải tốt hơn nhiều.
![(L) Lá thực vật được thẩm vấn bởi Raman 785 nm (có và không có kỹ thuật XTR). (R) Lựa chọn các lá và hợp chất hóa học khác nhau được đo bằng hệ thống Raman cầm tay và để bàn [2].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Raman%20leaf-clip%20spectrum%20and%20article?qlt=85&ts=1671437277008&dpr=off "(L) Lá thực vật được thẩm vấn bởi Raman 785 nm (có và không có kỹ thuật XTR). (R) Lựa chọn các lá và hợp chất hóa học khác nhau được đo bằng hệ thống Raman cầm tay và để bàn [2].")
4.5. Sự phát triển SERS
Chúng tôi đã thảo luận về cách SERS (Surface Enhanced Raman Scattering -Tán xạ Raman tăng cường bề mặt) phát hiện hàm lượng vết và trung hòa huỳnh quang như là một trong những lợi ích của Raman trong tài liệu chuyên ngành và trong Ghi chú ứng dụng của chúng tôi.
Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) – Expanding the Limits of Conventional Raman Analysis
SERS Detection of Brilliant Blue – Overcoming fluorescence issues with MISA
Hai ứng dụng SERS mới minh họa những lợi ích này. Đầu tiên là một ví dụ điển hình về SERS và phân tích thuốc nhuộm. Phần thứ hai mô tả cách một quy trình làm sạch mẫu đơn giản cải thiện độ nhạy phát hiện.
4.6. Định danh hoa nghệ tây
Thách thức của việc định danh hoa nghệ tây chất lượng thấp hoặc giả nằm ở cách nghiên cứu khác nhau để tạo ra sự xuất hiện của một hỗn hợp tinh khiết — ví dụ: thêm thuốc nhuộm và bao gồm các bộ phận hoa giả. Đây là minh chứng cho sức mạnh của MISA (Metrohm Instant SERS Analyzer) để xác thực thực phẩm đơn giản tại hiện trường.
Tìm hiểu thêm về MISA trong bài viết của chúng tôi.
Chống gian lận thực phẩm: Gặp gỡ MISA
SERS đóng góp khả năng khử huỳnh quang vốn có của riêng mình ở đây. Trong so sánh phân tích Raman và SERS về hoa nghệ tây nguyên chất, nền SERS (màu cam) ít bị ảnh hưởng bởi huỳnh quang. Điều này hỗ trợ phát hiện rất nhạy cảm Sudan 1, một loại thuốc nhuộm độc hại được sử dụng ở nồng độ rất thấp để bắt chước màu sắc phong phú của nghệ tây.
Tìm hiểu thêm về xác thực hoa nghệ tây trong Ghi chú ứng dụng sau.
Phát hiện dấu vết thuốc nhuộm độc hại trong hoa nghệ tây – Bảo vệ an toàn người tiêu dùng với MISA
4.6. Thuốc trừ sâu trên nho khô
Nho khô được tiêu thụ trên khắp thế giới như một món ăn nhẹ lành mạnh. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều thuốc trừ sâu ở các quốc gia có quy định kém đã biến món ăn vặt này thành một sản phẩm thực phẩm có khả năng gây hại. Acetamiprid là một loại thuốc trừ sâu neonicotinoid được sử dụng rộng rãi có vai trò trong tiêu diệt đàn ong và hiện được điều chỉnh ở mức dư lượng tối đa là 0.5 μg / g (500 ppb) ở châu Âu.
Kỹ thuật lấy mẫu đơn giản và hiệu quả hỗ trợ phân tích SERS di động, linh hoạt, tại chỗ. Ở đây, một dung môi dễ bay hơi cao đã được sử dụng để chiết xuất hợp chất đích. Sự bay hơi nhanh chóng của một khối lượng lớn chất siêu lỏng (800 μL thay vì 200 μL thường được sử dụng) cải thiện khả năng phát hiện đến mức ppb. Với phương pháp này, đỉnh cho acetamiprid có thể nhìn thấy xuống đến 0.5 μg / g (màu cam).
5. Kết luận
Đây là sự phát triển của Raman 785nm cầm tay: sự đổi mới lớn trong một hệ thống cầm tay bỏ túi. Khả năng ứng dụng rộng lớn trên toàn thế giới được mở ra khi các thiết bị Raman 785 nm bắt đầu áp dụng và sử dụng XTR.
Tham khảo
[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
