785 nm手持式拉曼:口袋中的材料识别非常好的工具
2022年5月30日
文章
785 nm手持式拉曼光谱是一种成熟的材料识别技术,尤其是在制药、安防领域。现在,瑞士万通开发的新功能将扩展手持式拉曼的应用领域。本文将首先介绍仪器,然后总结785 nm拉曼光谱的几个新应用。
灵活的采样方式、较短的分析时间、小巧的设计和优越的识别能力是785 nm手持拉曼系统非常显著的优点。再进一步研究,看看低激光功率和分辨率是如何影响我们的工作的。
较短的分析时间和较低的激光功率都可以有效延长电池寿命——这是手持拉曼光谱在现场应用中的必要条件。 低激光功率还降低了样品降解的风险,从而可以更安全地分析未知材料。
MIRA独特的光学仪设计可在极短的时间内收集数据,并具有出色的信噪比 (SNR)。 图 1 中高(绿色)和低 SNR(灰色)的比较说明了低分辨率光谱中的噪声如何遮挡目标谱峰。末尾,高 SNR 意味着更多的峰值信息可用于数据库匹配。
表 1 和图 2 演示了波长、激光功率、采集时间和 SNR 之间的关系。观察到 1064 nm 拉曼需要 440 mW的功率和近 10 倍的样品采集时间。而在相同的激光功率(50 mW)下,1064 nm 拉曼的 SNR 比 785 nm 拉曼低近 7 倍。 很明显,由于较低的激光功率和较短的样品采集时间相结合而产生的高 SNR 使 785 nm 拉曼光谱成为分析人员的理想选择。
有关 MIRA 的更多信息,请参阅我们下面的相关应用报告和博客文章。
深入了解 785 nm 拉曼 —— 光通量、光谱设计、分辨率和瑞士万通
MIRA是如何进行移动工作的
Mira DS在行动——如何确保安全地进行现场毒品检测
XTR®:新型荧光抑制技术
激发波长对我们的应用十分重要,例如,532 nm 用于强信号或 1064 nm 用于降低荧光,但具有荧光抑制的 785 nm 拉曼为用户提供了两全其美的选择。 大约 20-30% 的材料在785nm波长的激发下会发出荧光。 然而,MIRA XTR DS(图 3)上的专利算法可以从 785 nm 拉曼光谱中提取有效拉曼信号,同时规避荧光干扰。
阅读我们的白皮书和相关博客了解有关 MIRA XTR DS 的更多信息。
785 nm 手持式拉曼新进展:从荧光干扰中有效提取拉曼信号
拉曼提取技术的优势:
- 无需专业技术,您可以在任何地方快速轻松地识别并收集各种材料信息
- XTR 技术可以分析数千种颜色鲜艳、有机或复杂的样品
- 高分辨率光谱增强了数据库匹配能力,提供快速准确的材料识别
- XTR 技术提供令人难以置信的高信噪比光谱,即使在应对荧光材料时,也能对低浓度组分进行直接、灵敏的分析
创新的灵活采样手段
对我们而言,灵活的采样意味着在每个场景中都能成功收集数据:从直接浸入式采样到透过包装采样。
瑞士万通还提供使用机器人进行远程无接触或防区外数据采集功能(图4)。这些选项都是为了减少与潜在危险化学品的接触。
设想一个大型设施发生重大化学品泄漏:在开始补救之前,必须先进行物质鉴别,不要与未知物质发生接触。在这种情况下,机器人携带带有自动对焦远焦镜头(AFSO)的MIRA XTR DS进入泄漏区域,而人员在安全区进行操作。机器人、光谱仪和长焦镜头都可以远程操作,以收集泄漏物质的相关信息。
阅读瑞士万通自动对焦远焦镜头(AFSO)的彩页获取更多信息。
一个全新的应用和一个全新的市场
高分辨率、荧光抑制和灵活的采样能力对用户来说是巨大的优势。在这里,我们讨论了几个应用示例,以说明手持式拉曼光谱在制药、安防领域之外的应用。
化学品
拉曼技术可以成为化合物合成或研发实验室的有力工具,因为它可以快速识别、检测和表征化学品。然而,部分有机物可能是785 nm拉曼非常棘手的材料。XTR克服了这个问题,如示例所示。
通常合成分子具有多个化学键,并且在拉曼光谱中显示荧光。以叶酸为例,叶酸是一种B族维生素,由于其饱和度和众多的官能团,它也是一种有用的合成材料。叶酸在拉曼光谱下确实会发出荧光,但尽管如此,XTR仍能产生非常高分辨率的光谱。
染料
染料和深色材料通常都会发出荧光,从而掩盖特征峰。
我们用手持式拉曼光谱对一种颜色很深的食品(Koolaid®饮料混合物)进行检测。顶部(蓝色)光谱是785 nm拉曼染料分析产生的强荧光的一个非常好例子。XTR能够很好地从目标材料中提取信号,从而可以在MIRA Cal DS中准确识别诱惑红(FD&C Red 40)。
磺胺酸是另一个很好的例子,它进一步展示使用XTR分析困难材料的优势。
这种化合物很容易形成相当稳定的重氮盐,用作制造染料和磺胺类药物的前体。磺胺酸是一种独特的试剂,高纯度磺胺酸不会发出荧光,但它的高反应特性致使大多数含有微量染料的样品会受到污染,导致它们发出荧光。用XTR测得的对氨基苯甲酸光谱具有清晰的谱峰。
MIRA XTR DS依旧展示了它的优势。芝麻油被用作XTR开发中的主要测试材料,因为它是一种深色的有机物,很难用785 nm拉曼光谱(蓝色)进行分析。然而,XTR可以以足够的分辨率提取拉曼信号,以显示芝麻油的明显特征峰(绿色)。
大多数食用油都有特征峰,但相对峰强度会因油的类型而异。近期发表的一项研究使用MIRA DS来比较1658和1442 cm−1的相对峰值比率用于油混合物的认证和量化[1]。与报道的基线方法相比,XTR提供了更高的光谱分辨率,并且能够对食用油进行更好的认证。
营养药品和膳食补充剂
膳食补充剂通常由大剂量的维生素、矿物质、纤维和抗氧化剂组成,这些维生素、矿物质、纤维和抗氧化剂来自色彩鲜艳的水果和蔬菜。营养药品和膳食补充剂的监管不如药品,但拉曼光谱可以用来确认补充剂的身份。
槲皮素是一种具有抗氧化和抗炎作用的植物提取物,用作膳食补充剂、饮料和食品的成分。尽管存在荧光,但MIRA XTR DS可以捕捉槲皮素的光谱,具有明显且分辨率良好的特征峰。
研究和教育
从非常相似材料之间的区别到目标化合物的检测和相对峰的比较,手持式拉曼光谱在研究和教育方面也有着不凡贡献。
2020年的一项研究比较了手持式和台式拉曼系统,用于分析植物代谢物和诊断农业环境中的植物应力[2].。研究人员得出结论,手持式系统收集高质量数据,在早期诊断和现场实时监测田间条件下的植物应力方面具有优势。这引起了瑞士万通两位同事的注意,他们独立进行测试并确认数据。XTR产生的光谱与报告的结果非常相似(左下方的光谱为绿色),分辨率也高得多。
SERS开发
阅读我们的白皮书和应用报告,了解SERS(表面增强拉曼散射)技术如何发挥痕量检测和荧光消除的优势。
两个新的SERS应用说明了这些优势。第一个是SERS和染料分析的一个很好的例子。第二部分描述了简单的样本清理程序如何提高检测灵敏度。
藏红花认证
鉴别劣质藏红花或假冒藏红花的十分具有挑战,它们当中很有可能添加了染料和其它部物质。这正是 MISA 密闪大展身手的好机会。
阅读我们的博客了解有关MISA 的更多信息。
SERS具有抑制荧光的能力。在对纯藏红花进行拉曼光谱和SERS分析的比较中,SERS背景(橙色)受荧光影响较小。SERS可以对苏丹红1号进行非常灵敏的检测,苏丹红1号是一种有毒染料,在非常低的浓度下用于模仿藏红花的非法着色剂。
阅读下面的应用报告,了解有关藏红花认证的的更多信息。
葡萄干上的杀虫剂
葡萄干作为一种健康的小吃在世界范围内收到欢迎。然而,在监管不善的国家大量使用杀虫剂,使得这种零食成为一种潜在的有害食品。啶虫脒是一种广泛使用的新烟碱类农药,有驱赶蜂群的作用,目前在欧洲的最大残留量为0.5µg/g(500 ppb)。
MISA 密闪提供便携式、灵活的现场SERS分析。使用高挥发性溶剂提取目标化合物,快速蒸发大量上清液(800µL而不是通常使用的200µL)可将检测水平下探至ppb水平。使用这种方法,啶虫脒的测定峰值可低至0.5µg/g(橙色)。
结论
这是手持式785 nm拉曼技术的新进展,口袋设备中的巨大创新。随着XTR技术的应用,一个更广阔的应用前景将被打开。
参考文献
[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
Fluorescence-free 785 nm material ID with MIRA XTR DS

This free White Paper presents a survey of fluorescence suppression methods, the benefits of MIRA XTR DS, and application examples (e.g., hazardous chemicals, illicit drugs, ingredients and products used in the food and beverage industry, and manufactured materials).