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Gli spettrometri Raman portatili sono davvero come nessun altro strumento chimico analitico. Tutti gli spettrometri (ad es. IR/NIR, UV-Vis, GC/MS e Raman) si basano sulle interazioni tra materia ed energia e includono rivelatori che raccolgono informazioni sui cambiamenti atomici e molecolari risultanti. Queste informazioni vengono utilizzate per qualificare e/o quantificare varie specie chimiche. In genere, uno spettrometro è uno strumento da banco collegato a un computer o altro display visivo utilizzato da un analista in un laboratorio.
Gli spettrometri Raman classici rientrano in questa categoria. Laser, filtri, rivelatori e tutto l'hardware associato per il campionamento sono combinati in un'unica unità, mentre l'elaborazione e la visualizzazione dei dati avviene nelle vicinanze.
Per un confronto di altre tecniche spettroscopiche, dai un'occhiata al nostro precedente post sul blog.
Raman è una tecnica analitica investigativa unica in molti modi. Si dice: «Se puoi vederlo, Raman può identificarlo.»
In effetti, i punti di forza di Raman sono i suoi semplici metodi di campionamento combinati con la sua specificità. L'analisi diretta è possibile per molte sostanze pure senza preparazione del campione. Il campionamento viene eseguito tramite il contatto diretto con una sostanza, a distanza o attraverso una barriera. Anche i soluti nell'acqua possono essere identificati direttamente. Questa tecnica è altamente specifica; ogni materiale studiato con Raman produce uno spettro unico di «impronta digitale». La spettroscopia Raman riesce a identificare positivamente ogni sostanza distinta, respingendo accuratamente anche composti molto simili.
Lo spettro Raman
Gli spettri Raman contengono picchi in un intervallo che corrispondono a una specifica connettività molecolare e possono essere utilizzati per determinare la composizione chimica di un campione. La gamma spettrale dipende dal design dello spettrometro e incarna un equilibrio tra risoluzione e sensibilità.
La «regione delle impronte digitali» (400–1800 cm-1) viene utilizzata per identificare incognite e verificare materiali noti. La regione al di sotto di 400 cm-1 è utile nell'analisi di minerali, pietre preziose, metalli e semiconduttori. Per la maggior parte dei materiali organici (ad es. oli, polimeri, plastica, proteine, zuccheri/amidi, alcoli, solventi, ecc.), pochissime informazioni al di sopra di 2255 cm-1 è utile nelle applicazioni Raman, poiché le catene carbonio-idrogeno contribuiscono poco alla qualificazione molecolare.
Il campo di misura di MIRA
di 400–2300 cm-1 è perfetto per la maggior parte delle applicazioni Raman, incluso:
- Pharma e altri settori regolamentati
- Alimenti
- Cura personale e cosmetici
- Difesa e sicurezza
- Analisi di processo
- ID materiali
- Istruzione e ricerca
MIRA è disponibile in diverse configurazioni per tutti i tipi di applicazioni ed esigenze degli utenti.
Le cose buone arrivano in piccoli pacchetti
Tecnologia, analisi, facilità d'uso, precisione: il palmare Raman ha tutto questo in un piccolo formato che sfugge ai confini del laboratorio. Invita anche molti nuovi tipi di utenti che utilizzano Raman per applicazioni completamente nuove ed entusiasmanti. Nel resto di questo post del blog, condivido i dettagli sullo sviluppo dei componenti che hanno portato alla miniaturizzazione di Raman. Segue la storia delle origini di Metrohm Raman, produttore di MIRA (analizzatori Raman istantanei Metrohm).
Quattro importanti innovazioni si sono unite per creare MIRA: laser a diodi, filtri e reticoli specializzati, ottica in asse e CCD (Charge Coupled Device) in un design unico chiamato «spettrografo astigmatico». Questi componenti di base di uno spettrografo Raman possono essere visti nella rappresentazione grafica sopra. Nota che questa non è una rappresentazione accurata delle geometrie uniche trovate nel caso di MIRA!
La spettroscopia Raman è una tecnica che si basa sull'eccitazione di molecole con la luce (energia). C.V la scoperta da parte di Raman dello scattering Raman nel 1928 fu resa possibile dalla luce solare focalizzata, che fu poi rapidamente sostituita con una lampada al mercurio per l'eccitazione e lastre fotografiche per il rilevamento. Ciò ha portato a un metodo semplice, popolare ed efficace per determinare la struttura di molecole semplici.
Il primo spettrometro Raman commerciale era disponibile negli anni '50. Man mano che i laser divennero più disponibili negli anni '60, seguiti da una tecnologia di filtraggio migliorata negli anni '70, Raman divenne popolare come tecnica per un'ampia gamma di analisi chimiche. I sistemi integrati sono stati visti per la prima volta negli anni '90 e la miniaturizzazione degli strumenti è iniziata all'inizio degli anni 2000.
Miniaturizzazione di spettrometri Raman
I laser a diodi sono stati il primo passo verso il Raman portatile. Per quelli di una certa età, ricorderanno che questi sono i tipi di laser piccoli, freddi e a bassa energia usati nei lettori CD, stabilizzati alla sorgente con un tipo unico di reticolo di diffrazione.
I filtri ottici potenti ed efficienti contribuiscono anche alla miniaturizzazione controllando la diffusione della luce laser all'interno dello spettrografo. Lo sviluppo di piccoli dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD) sensibili, comunemente utilizzati nelle fotocamere dei telefoni cellulari, ha consentito il rilevamento della diffusione Raman e la trasmissione efficiente dei segnali risultanti a un computer per l'elaborazione.
Lo spettrografo astigmatico ha semplificato sia la geometria che l'allineamento per i numerosi componenti all'interno di uno spettrometro Raman; questo progetto è stato il progresso finale nello sviluppo del Raman portatile.
Dal Wyoming alla Svizzera
Negli anni '90, le nuove tecnologie sviluppate per diversi settori venivano incorporate nella spettroscopia Raman. A Laramie, WY (USA), all'epoca, il dottor Keith Carron era professore di chimica analitica con un focus sulla diffusione Raman potenziata dalla superficie (SERS). Il dottor Carron disponeva già di solidi test SERS, ma immaginava un sistema Raman a basso costo che avrebbe introdotto i suoi test nei mercati industriali, medici o della difesa e della sicurezza. I suoi prossimi passi avrebbero rivoluzionato la spettroscopia Raman.
Utilizzando parti commerciali standard, il dott. Carron e il suo team hanno sviluppato uno strumento da banco economico che ha eliminato l'alto costo dell'analisi Raman, contribuendo a consentirne l'uso nei programmi universitari. All'inizio degli anni 2000, iniziò un boom di ricerca e istruzione quando Raman passò da una tecnica esoterica utilizzata in applicazioni di fascia alta a diventare ampiamente disponibile per tutti i tipi di attività. Il dottor Carron è responsabile dell'introduzione di Raman nell'era attuale. Una collaborazione ha portato a un sistema Raman portatile e, in definitiva, a un design di spettrografo astigmatico in uno strumento molto piccolo.
Le tragedie statunitensi dell'11 settembre 2001 hanno creato un'immediata spinta alla tecnologia per rilevare l'attività terroristica. In questo periodo, la paura dell'antrace ha ulteriormente rafforzato la necessità di analizzatori di «polvere bianca». L'analisi chimica Fieldable è diventata l'obiettivo da raggiungere .
Il Dr. Carron è stato ispirato a inventare un dispositivo Raman veramente portatile e alimentato a batteria per l'identificazione di esplosivi e altri materiali illeciti. Una serie di iterazioni ha portato a CBex, un sistema Raman delle dimensioni di un palmo (anche più piccolo di MIRA!) Progettato da Snowy Range Industries, nel febbraio 2012. CBex ha attirato l'attenzione di Metrohm AG e un'offerta di collaborazione è stata inviata al Dr. Carron nell'agosto 2013.
Arriva MIRA
MIRA è nata nel 2015. Non solo è un nuovo strumento analitico, ma è anche unico tra gli spettrometri Raman portatili. MIRA ha il fattore di forma più piccolo di tutti gli strumenti Raman disponibili in commercio.
Ciò che distingue davvero MIRA dalla concorrenza sono le sue routine Smart Acquire integrate, che forniscono a chiunque, ovunque, l'accesso a risultati analitici altamente accurati. È robusto, conforme alle specifiche MIL-STD 810G e IP67: puoi far cadere MIRA o immergerlo in un liquido per ottenere un ID.
Una volta che Raman è sfuggito ai confini del laboratorio, ha improvvisamente avuto il potenziale per nuovi usi da parte di operatori non tecnici, che potevano eseguire test altamente analitici in modo sicuro, rapido e accurato.
In effetti, la miniaturizzazione di Raman ha rivoluzionato la sicurezza in diversi modi:
- L'analisi diretta elimina i pericoli derivanti dall'esposizione a solventi di laboratorio e altre sostanze chimiche.
- L'analisi della confezione impedisce il contatto dell'utente con materiali potenzialmente pericolosi.
- L'identificazione semplificata dei materiali in loco verifica la qualità degli ingredienti in alimenti, medicinali, integratori, cosmetici e prodotti per la cura della pelle.
- L'identificazione di materiali illeciti come narcotici, esplosivi e agenti di guerra chimica supporta un'azione rapida da parte di agenzie militari e civili.
Qual è il prossimo?
Spero che ti sia piaciuto apprendere l'evoluzione della tecnologia Raman dai sistemi da banco agli strumenti portatili che abbiamo oggi. Continuiamo a pubblicare altri articoli su MIRA che descrivono, in dettaglio, diverse interessanti applicazioni della spettroscopia Raman portatile. Trova una selezione di questi articoli qui sotto:
Real World Raman: MIRA DS in Action – Rilevazione sicura della droga sul campo
Real World Raman: semplificare l'ispezione delle materie prime in entrata
La tua conoscenza porta via
Calibrazione dello strumento, verifica del sistema e convalida delle prestazioni per MIRA
Scarica questo white paper per saperne di più sulle routine AIQ per MIRA
