A evolução da espectroscopia Raman portátil de 785 nm: extração Raman da interferência de fluorescência

01/11/2021

Artigo

MIRA DS (Analisador Raman Instantâneo Metrohm) é um sistema Raman portátil que identifica materiais usando excitação a laser de 785 nm. As vantagens de usar Raman de 785 nm são bem compreendidas. A excitação com comprimentos de onda mais curtos produz um forte espalhamento Raman com tempos de aquisição curtos. Isso resulta em uma alta relação sinal-ruído e fornece excelente resolução espectral com menor consumo de energia. Estas são apenas algumas das razões pelas quais o Raman portátil se tornou tão popular nas últimas duas décadas.

A sensibilidade do Raman em 785 nm também significa que podem ser usadas potências de laser mais baixas. Potências de laser mais baixas ajudam a proteger amostras sensíveis contra queima ou ignição . Os detectores de silício usados em comprimentos de onda mais curtos não precisam ser resfriados, prolongando ainda mais a vida útil da bateria. O resultado líquido é que os sistemas de 785 nm podem ser muito pequenos e ainda fornecer identificação rápida e precisa do material durante longas horas no campo.

Aprender mais sobre como MIRA se tornou móvel em nossa postagem anterior do blog.

Como MIRA se tornou móvel

No entanto, embora este seja considerado o «ponto ideal» tanto para um sinal forte e mitigação de fluorescência entre comprimentos de onda possíveis, aproximadamente 10% de materiais ativos Raman fluorescem sob interrogação com sistemas Raman de 785 nm [1]. Por exemplo, a goma arábica é um agente de enchimento e aglutinante amplamente utilizado. Quando amostrado com sistemas de 785 nm, sua fluorescência supera o sinal Raman (mais sobre este assunto posteriormente). Da mesma forma, os agentes cortantes (por exemplo, sacarose encontrada nas drogas ilícitas) apresentam fluorescência e podem impedir a identificação positiva da substância alvo. Os corantes também podem ser problemáticos na análise de comprimidos, alimentos, arte e plásticos. Muitas vezes, características Raman fracas ainda podem ser observadas em materiais fluorescentes com interrogação de 785 nm, mas a mitigação da fluorescência é crucial para a correspondência da biblioteca.

Recomendações anteriores para superar a fluorescência

Quando a fluorescência é um problema, a excitação do laser de 1064 nm é frequentemente recomendada. As compensações incluem mais alto potência do laser, aumento do aquecimento da amostra, tempos de interrogatório mais longos, e baixa eficiência de espalhamento Raman. Freqüentemente, isso significa instrumentos maiores com vida útil mais curta da bateria. Os instrumentos de alguns fabricantes exigem tempos de aquisição mais longos, o que retarda a amostragem e pode potencialmente danificar a amostra.

Existe uma maneira melhor?

Em uma palavra, sim. SSE (Sequentially Shifted Excitation) pode ser usado para remover contribuições fluorescentes para um espectro Raman usando um laser que muda o comprimento de onda de excitação em função da temperatura do laser. O resultado é um sistema «portátil» muito grande com um Alça e um preço alto, em parte devido ao laser caro usado. Além do volume e do custo, outro problema com esses sistemas é que o ciclo de temperatura constante do laser faz com que a bateria do sistema tenha uma vida útil curta.

Uma solução Metrohm

Metrohm Raman projetou um sistema de rejeição de fluorescência baseado em seu pacote compacto MIRA DS usando um laser IPS monomodo de 785 nm. O sistema é capaz de produzir excelente resolução espectral e dados de linha de base planos com baixa potência do laser, tempos de aquisição curtos, e todos os outros excelentes funcionalidades que os usuários esperam do MIRA DS.

Este sistema de rejeição de fluorescência é construído sobre uma plataforma MIRA DS, preservando todas as suas capacidades exclusivas:

Segurança em qualquer situação - Atendendo às necessidades dos socorristas

Melhorando a verificação com a tecnologia Orbital Raster Scan (ORS)

Aquisição Inteligente - Identificação Automatizada de Material Raman para Profissionais de Defesa e Segurança

Identificação no local de dispositivos incendiários improvisados: identificação química integrada e orientação de decisão com MIRA DS e HazMasterG3®

Determinação de heroína em amostras de drogas de rua

MIRA XTR DS

Figure 1. Comparação dos espectros Raman do pó de goma arábica medidos por 1064 nm, 785 nm (MIRA DS) e XTR® (MIRA XTR DS).

MIRA XTR DS é a evolução da espectroscopia Raman. Ele combina o tamanho menor, maior resolução e menor consumo de energia de um instrumento Raman de 785 nm com algoritmos avançados com patente pendente para extrair dados Raman, mesmo de espectros que possuem forte fluorescência!

figura 1 contém espectros Raman de um material fluorescente, pó de goma arábica, com excitação a laser tradicional de 785 nm e 1064 nm, além do MIRA XTR DS. A melhoria na resolução com o XTR é óbvia. Observe o muito plano (não corrigida) linha de base no espectro XTR na parte inferior. Isto é crucial para a correspondência da biblioteca com um Correlação de Pearson, onde o produto escalar entre os espectros e as linhas de base diferentes de zero contribuem fortemente para a correlação.

Saiba mais sobre o MIRA XTR DS aqui.

MIRA XTR DS: A evolução do Raman portátil para identificação de materiais livres de fluorescência

Os pedidos para MIRA XTR DS incluem Exploração de Sites Sensíveis/Reconhecimento de Vigilância de Inteligência (SSE/ISR) de laboratórios clandestinos e determinação de rotas sintéticas para produtos ilícitos. O MIRA XTR DS foi projetado para cenários do mundo real, como análise de resíduos de laboratório de metanfetamina e identificação de entorpecentes em amostras de drogas de rua. Isto inclui a identificação de narcóticos, apesar dos agentes de corte que apresentam fluorescência e falham na análise em 785 nm. SRO™ combinado com a rejeição de fluorescência significa que o MIRA XTR DS também pode interrogar delicadamente materiais sensíveis, como compostos explosivos coloridos.

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Figure 2. Comparação dos espectros Raman do cloridrato de lidocaína medidos por 1064 nm, 785 nm (MIRA DS) e XTR (MIRA XTR DS).

Aplicações clássicas melhoradas com MIRA XTR DS

Lidocaína [2] é um anestésico local que também pode ser usado para cortar cocaína porque aumenta a sensação de entorpecimento imediato que muitos usuários de cocaína associam a um produto de alta qualidade. Como a cocaína está normalmente presente em apenas cerca de 30% nas amostras de rua, seu sinal pode ser obstruído por outros componentes da mistura. No entanto, a identificação positiva de agentes cortantes comuns, como a lidocaína, pode levar a uma investigação mais aprofundada de uma amostra suspeita.

Tradicionalmente, a lidocaína era um problema para os sistemas Raman de 785 nm, pois sua fluorescência impedia tanto a identificação positiva de lidocaína e detecção de cocaína. MIRA XTR DS produz um excelente espectro de lidocaína, livre de fluorescência e resolvido (Figura 2).

A difenidramina é outro exemplo de medicamento OTC comum que, quando detectado, pode sugerir negociações mais sombrias. Pode ser abusado por si só, mas também é um precursor potencial na síntese de metanfetamina. A difenidramina exibe alguma fluorescência quando interrogada com Raman 785 nm (Figura 3), mas também está normalmente presente em misturas com ingredientes inertes que apresentam fluorescência. Para este tipo de análise, o SERS pode ser utilizado para detectar vestígios de uma substância. Esta é uma excelente vitrine para o MIRA XTR DS, pois pode executar testes Raman e SERS de 785 nm, enquanto a maioria dos sistemas de 1064 nm atualmente no mercado não podem ser usados para análise SERS.

Qual é a diferença entre Raman e SERS? Leia o artigo do nosso blog para descobrir!

Raman vs SERS...Qual é a diferença?

Mas o MIRA XTR DS pode fazer mais!

Com mitigação de fluorescência, Raman 785 nm pode ser usado de forma mais geral para identificação de materiais e análises químicas.

Figure 4. Comparação dos espectros Raman do MCC medidos por 1064 nm, 785 nm (MIRA DS) e XTR (MIRA XTR DS).

Celulose microcristalina

A celulose microcristalina (MCC) é outro excipiente inerte comumente usado na produção de alimentos e na indústria farmacêutica. Quando interrogado com Raman de 785 nm, sua fluorescência pode sobrecarregar o sinal Raman e impedir a identificação e a correspondência de mistura (Figura 4).

Figure 5. Comparação dos espectros Raman do ketchup medidos por 1064 nm, 785 nm (MIRA DS) e XTR (MIRA XTR DS).

Ketchup

A medição de analitos em ketchup é uma aplicação particularmente interessante, pois é uma mistura complexa e altamente colorida. Com testes de 785 nm, ele mostra fluorescência – com testes de 1.064 nm, ele queima. Mas a análise XTR traz o benefício adicional de aprimoramento de sinal, retornando um espectro que indica claramente a presença de vestígios de licopeno no ketchup – a substância química que contribui com sua cor vermelha (Figura 5).

Mel

Outra aplicação importante demonstra como o MIRA XTR DS pode distinguir o mel de imitação da forma pura e não adulterada na busca de produtos alimentícios fraudulentos, e que se mostra promissor para a análise quantitativa. MIRA XTR DS extrai espectros Raman de materiais que normalmente apresentam fluorescência com excitação de 785 nm, desta vez com resolução suficiente para detectar diferentes proporções de misturas (Figura 6).

Um poderoso laboratório na palma da sua mão

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Historicamente, os usuários de Raman lidavam com a fluorescência usando instrumentos com laser de 1064 nm. MIRA XTR DS combina o tamanho menor, maior resolução e menor consumo de energia de um laser de 785 nm com aprendizado de máquina revolucionário para extrair Raman de amostras fluorescentes. Os benefícios são consideráveis!

O laser de 785 nm de baixa potência interroga amostras sensíveis sem risco de ignição ou queimadura.
O design compacto e de bolso permite a operação real do dispositivo com apenas uma mão
O baixo consumo de energia significa maior vida útil da bateria para uso prolongado em campo

MIRA XTR DS: o melhor do Raman portátil com aplicações praticamente ilimitadas.

Saiba mais sobre MIRA XTR DS

Referências

[1] Christesen, S. D.; Guicheteau, J. A.; Curtiss, J. M.; Fonte, A. C. Instrumento Raman portátil de comprimento de onda duplo para detecção de agentes químicos e explosivos. Optar. Eng. 2016, 55 (7), 074103. DOI:10.1117/1.OE.55.7.074103

[2] Barat, S. A.; Abdel-Rahman, M. S. Cocaína e lidocaína combinadas são convulsivantes sinérgicos. Cérebro Res. 1996, 742 (1), 157–162. DOI:10.1016/S0006-8993(96)01004-9

A evolução da espectroscopia Raman portátil de 785 nm: extração Raman da interferência de fluorescência

Recomendações anteriores para superar a fluorescência

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Aplicações clássicas melhoradas com MIRA XTR DS

Mas o MIRA XTR DS pode fazer mais!

Celulose microcristalina

Ketchup

Mel

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Referências

Dr. Melissa Gelwicks

Contato

MIRA XTR Basic

2.926.0110

MIRA XTR Advanced

2.926.0120

Autofocus Stand-off Attachment (AFSO)

6.07506.070

Aplicações filtradas (295)

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