Efficient mitigation of fluorescence in Raman spectroscopy using SSE

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je v analytické chemii zásadní technikou pro charakterizaci materiálů díky své schopnosti poskytovat molekulární „otisky prstů“. Jedním z hlavních omezení při praktickém nasazení je rušivá fluorescence, která často skryje slabé Ramanovy signály a zhoršuje reprodukovatelnost výsledků.

Cíle a přehled studie

Studie popisuje přenosný Ramanův spektrometr BRAVO od společnosti Bruker, který využívá patentovanou metodu Sequentially Shifted Excitation (SSE™) pro eliminaci fluorescence. Cílem je demonstrovat, jak SSE™ zlepšuje kvalitu spekter bez složitého předzpracování dat a umožňuje spolehlivou identifikaci materiálů v terénu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro potlačení fluorescence přístroj BRAVO mění v průběhu měření postupně vlnovou délku excitačního laseru. Pohyb Ramanových pásů na detektoru (změna pozice s posunem vlnové délky) umožňuje softwarovému algoritmu oddělit „pohyblivé“ Ramanovy signály od „statické“ fluorescence. Hlavní komponenty:

• Laser: 785 nm, třída 1M (bezpečný provoz ve všech režimech)
• SSE™: sekvenční posun vlnové délky a extrakce Ramanových pásů
• Přenosný spektrometr BRAVO s vysokou přesností kalibrace a interní automatizací měření

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukazují, že SSE™ dokáže zcela odstranit fluorescenční pozadí a zachovat tvar i polohy Ramanových pásů. Ve vzorku talku v polyethylenovém sáčku byl po zpracování SSE™ nabídnut čistý Ramanův signál bez pozadí (obr. 1). U vzorku sodné alginátové pryskyřice laserem 785 nm konvenční spektrometr poskytl silný fluorescenční šum, zatímco BRAVO s SSE™ umožnil jasnou identifikaci charakteristických pásů sodné alginátu (obr. 2).

Přínosy a praktické využití metody

Eliminace fluorescence přímo v měřených datech bez dodatečného předzpracování přináší:

• Rychlé a jednoznačné určení neznámých látek
• Zachování původního tvaru spektrálních pásů pro kvantitativní analýzu
• Možnost terénního nasazení díky přenosné konstrukci a automatizovaným pracovním postupům
• Zvýšenou reprodukovatelnost a spolehlivost měření

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj SSE™ v kombinaci s pokročilou umělou inteligencí pro automatickou interpretaci spekter a rozšíření o jiné excitační vlnové délky (např. 532 nm, 1064 nm). Integrace cloudových databází a online knihoven spekter umožní okamžité srovnávání a identifikaci analyzovaných vzorků v reálném čase.

Závěr

Metoda Sequentially Shifted Excitation v přístroji BRAVO výrazně zlepšuje použitelnost Ramanovy spektroskopie tam, kde je fluorescence problémem. Umožňuje získat vysoce kvalitní spektra bez složitých úprav a nabízí robustní, přenosné řešení pro široké spektrum aplikací v oblasti identifikace a kvantifikace materiálů.

Reference

• [1] S. Assi, Identification of counterfeit drugs using dual laser handheld Raman, Eur. Pharm. Rev. 20, 20 (2015)
• [2] Product Note T30: BRAVO – Accuracy is crucial: The starting point for a robust transfer of methods
• [3] J. B. Cooper et al., Sequentially Shifted Excitation Raman Spectroscopy: Novel Algorithm and Instrumentation for Fluorescence-Free Raman Spectroscopy in Spectral Space, Appl. Spectrosc. 67, 973 (2013)
• [4] J. B. Cooper et al., Spatially compressed dual-wavelength excitation Raman spectrometer, Appl. Opt. 53, 3333 (2014)
• [5] J. Kauffmann et al., Spectral Preprocessing for Raman Library Searching, Amer. Pharm. Rev. 14 (2011)