Fluorescence-free 785 nm material identification with MIRA XTR DS

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je klíčovou metodou pro rychlou identifikaci chemických látek i materiálů v náročných podmínkách. Laserová excitace ale často vyvolává fluorescenční pozadí, které snižuje poměr signál/šum a skrývá charakteristické Ramanovy pásy. Potlačení fluorescence je proto zásadní pro spolehlivé analýzy v bezpečnostních, forenzních i průmyslových aplikacích.

Cíle a přehled studie / článku

Tento white paper popisuje vývoj ručního Ramanova spektrometru MIRA XTR DS, jenž využívá patentovanou metodu XTR® (Raman eXTRakce) k oddělení Ramanova signálu od fluorescenčního pozadí. Studie porovnává jeho výkon s konvenčními přístroji na bázi 785 nm a 1064 nm excitace a prokazuje zlepšenou kvalitu spekter i při nízkém výkonu laseru.

Použitá metodika a instrumentace

• MIRA XTR DS: ruční Ramanův spektrometr s 785 nm diodovým laserem a křemíkovými detektory
• Algoritmus XTR®: patentovaný software pro extrakci Ramanova spektra z fluorescenčního pozadí
• SmartAcquire™ a intelligent Universal Attachment (iUA) pro automatickou optimalizaci parametrů
• Orbital Raster Scanning (ORS) pro minimalizaci poškození vzorku
• HazMasterG3™ a MIRA Cal M pro analýzu, zpracování a sdílení dat

Hlavní výsledky a diskuse

Testy na směsích metamphetamin–nafta, běžných potravních excipientech (Gum Arabic, mikrokrystalická celulóza), barevných materiálech a analogech fentanylu prokázaly:

• Výrazné potlačení fluorescence a ostré Ramanovy pásy i při nízkém výkonu laseru
• Vyšší informační obsah a lepší poměr signál/šum než u konvenčních 785 nm a 1064 nm přístrojů
• Možnost rozlišení strukturálně blízkých analog, např. acetyl- vs. butyrylfentanyl
• Minimální riziko spálení vzorků barevnými plastovými či papírovými materiály

Přínosy a praktické využití metody

Integrace XTR® do kompaktního přístroje MIRA XTR DS přináší:

• Rychlé on-site stanovení chemických látek přes obaly, kontaktně či standoff režimem
• Analýzu komplexních směsí a stopových koncentrací nelegálních substancí
• Autentizaci potravin, kosmetiky či farmaceutik
• Přístup do rozsáhlé knihovny přes 21 000 látek

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj by mohl zahrnovat kombinaci XTR® s časově-gátovanou detekcí, strojové učení pro rozšíření spektrálních knihoven, propojení přístrojů s cloudovými platformami a aplikaci v environmentální, biomedicínské i průmyslové analýze. Vícevlnové excitace a další miniaturizace nabídnou další zvýšení citlivosti a univerzálnosti.

Závěr

MIRA XTR DS je průlomovým řešením, které potlačuje fluorescenci bez nutnosti drahých detektorů nebo vysokovýkonných laserů. Výsledkem je cenově dostupný, přenosný a vysoce výkonný Ramanův spektrometr vhodný pro rychlou a spolehlivou identifikaci látek v terénu.

Reference

1. Cadusch P.J., Hlaing M.M., Wade S.A. a kol. Fluorescence Background Subtraction from Raman Spectra. J. Raman Spectrosc. 2013, 44(11), 1587–1595.
2. Wei D., Chen S., Liu Q. Review of Fluorescence Suppression Techniques in Raman Spectroscopy. Appl. Spectrosc. Rev. 2015, 50(5), 387–406.
3. Rojalin T., Kurki L., Laaksonen T. a kol. Fluorescence-Suppressed Time-Resolved Raman Spectroscopy of Pharmaceuticals Using CMOS SPAD Detector. Anal. Bioanal. Chem. 2016, 408(3), 761–774.
4. Sequentially Shifted Excitation Raman Spectroscopy, Spectroscopy Online, 2016.
5. Conti C., Botteon A., Bertasa M. a kol. Portable Sequentially Shifted Excitation Raman Spectroscopy for in Situ Painted Surfaces. Analyst 2016, 141(15), 4599–4607.
6. Albrecht A.C. On the Theory of Raman Intensities. J. Chem. Phys. 1961, 34(5), 1476–1484.
7. Wilson E.B., Decius J.C., Cross P.C. Molecular Vibrations: The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra. J. Electrochem. Soc. 1955, 102(9), 235Ca.
8. Li Vigni M., Durante C., Michelini S. a kol. Preliminary Assessment of Parmigiano Reggiano Authenticity by Handheld Raman Spectroscopy. Foods 2020, 9(11), 1563.
9. Metrohm AG. Identification of structurally very similar sugars using a portable Raman spectrometer. AN-RS-002, 2015.
10. Logan B.G., Hopkins D.L., Schmidtke L.M. a kol. Authenticating Common Australian Beef Production Systems Using Raman Spectroscopy. Food Control 2021, 121, 107652.
11. Armenian P., Vo K.T., Barr-Walker J. a kol. Fentanyl, Fentanyl Analogs and Novel Synthetic Opioids: A Comprehensive Review. Neuropharmacology 2018, 134, 121–132.