Contactless Material Verification and Identification

Význam tématu

Schopnost provádět bezkontaktní analýzu materiálů přímo v terénu nabízí výrazné časové a finanční úspory oproti zasílání vzorků do externích laboratoří. Přístroje pro Ramanovu spektroskopii ve formě přenosných či kapesních zařízení umožňují rychlé a spolehlivé ověření identity materiálů a detekci nebezpečných či zakázaných látek bez nutnosti otevírání obalů či kontaktu s potenciálně toxickými vzorky.

Cíle a přehled studie

• Ukázat možnosti využití přenosného Ramanova spektrometru BRAVO pro bezkontaktní analýzu materiálů.
• Popsat technické principy měření skrz obaly z různých materiálů a barviv.
• Prezentovat hlavní výhody a omezení této metody v praxi kontroly přijímaného materiálu či pasportizace neznámých látek.

Použitá metodika a instrumentace

• Metoda: Ramanova vibracní spektroskopie s dvojitou vlnovou délkou buzení (DuoLaser™ 785 a 1064 nm).
• Potlačení fluorescenčního pozadí: SSE™ algoritmus pro zvýšení citlivosti u fluorescenčních vzorků a obalů.
• Optika: Výměnné měřicí špičky s pevnou i variabilní fokální vzdáleností pro měření skrz filmy, sáčky a tenké či silnější stěny lahví.
• Přístrojové vlastnosti: Třída laseru 1M, výkon < 100 mW, přesnost Ramanovy posunu ± 1 cm⁻¹ (fingerprint) a ± 2 cm⁻¹ (CH-stretch).
• Propojitelnost: Možnost dálkového ovládání přes WiFi nebo Ethernet.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza skrz průhledné obaly (PE fólie, skleněné a plastové lahve) potvrdila, že pro vzorky bez výrazné absorpce je možné zachovat laboratorní kvalitu spektrálních dat i při měření na dálku. U tmavých či silných stěn lahví (např. jantarové sklo) dochází k významné ztrátě citlivosti a prodloužení doby akvizice až dvanáctinásobně. Varování: žádná technika nepřekoná fyzikální absorpci, proto je nutné u silně absorbujících obalů počítat s odběrem vzorku. SSE™ zpracování umožnilo potlačit fluorescence ze vzorku i z obalu, čímž se dosáhlo čistého Ramanova signálu vhodného pro vyhodnocení.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a bezpečná identifikace materiálů při příjmu surovin či celní kontrole.
• Eliminace rizika kontaminace vzorků i obsluhy u toxických či neznámých látek.
• Možnost 100% kontroly v reálném čase s vysokou mírou automatizace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj adaptivních optických systémů pro měření skrz silnější a vícevrstvé obaly.
• Propojení se systémy strojového učení pro automatizovanou identifikaci a kvantifikaci složitých směsí.
• Rozšíření na další vlnové délky a multimode excitaci pro lepší potlačení fluorescence.

Závěr

Přenosná Ramanova spektroskopie představuje efektivní nástroj pro bezkontaktní ověřování materiálů přímo v terénu. Přístroj BRAVO s technologií SSE™ a variabilní optikou umožňuje kvalitní analýzu i skrz průhledné obaly, přičemž u silně absorbujících materiálů je třeba zvážit kompromis mezi citlivostí a časem měření.

Reference

1. [1] Bruker Product Note T30 03/16, Accuracy is crucial: The starting point for a robust transfer of methods
2. [2] Bruker Product Note R34 05/16, Advanced Data Acquisition and Evaluation in Handheld Raman Spectroscopy
3. [3] Bruker Product Note T29 12/15, Efficient mitigation of fluorescence in Raman spectroscopy using SSE™