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拉曼光谱仪常见应用问答

拉曼光谱仪常见应用问答

2023年6月26日

文章

此篇文章是 部分 2 的一个系列。

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部分 1

拉曼光谱是一种被普遍使用的分析技术,用于多个不同领域。从机器人到文物、从啤酒到外太空,拉曼技术不拥有可思议的宽适用性。本系列第1部分涵盖了理论和实际应用,本篇博客文章旨在回答一些关于拉曼光谱适用于各种应用的常见问题。 

拉曼光谱具备哪些其他分析技术无法实现的能力?

MIRA XTR is pocket-sized, making it convenient for field work.

许多传统的分析方法均以实验室为使用场景,可用于物质鉴别。拉曼光谱技术将待测物与已知化合物谱库进行匹配,或是在模型数据集内完成比对,以此实现物质识别与材料核验。

拉曼技术的核心差异化优势在于其独特的采样能力。非常基础的使用方式下,操作人员只需将采样探头抵靠在被测物料或容器外壁,即可直接采集原始状态样品的数据,部分场景甚至可直接对带原包装的样品完成检测。该方式检测快速、操作简便,无需接触样品、不存在样品污染风险,也无需前处理。手持拉曼系统可让用户走出实验室,在任意需要采样的现场发挥上述全部优势。再结合远程数据采集、机器人 / 无人机 / 车载搭载、远距离非接触采样等拓展能力,拉曼光谱可实现诸多非常具有特色的应用。在保障人员人身安全的前提下,可完成现场勘查、危险物质、化学生物辐射核爆炸(CBRNE)应急处置、太空探测以及违禁物质检测等工作。

各类专项拉曼技术如何赋能特色应用场景?

Two researchers in a laboratory testing food samples with MISA and checking the results on a tablet.

表面增强拉曼散射(SERS)让拉曼光谱成为性能非常好的痕量检测技术。借助 SERS 技术,可测定食品中的微量农药,也可在成分复杂的缴获毒品样品中检出微量毒品成分。

瑞士万通还提出将 SERS 技术用于全血样本中的毒品检测。

 

Metrohm offers hyphenated electrochemistry-Raman (EC-Raman) solutions to give even more flexibility for researechers.

 瑞士万通深耕拉曼‑电化学联用技术((EC-Raman),可通过单次实验获取化学反应过程信息,同步得到物质结构与功能信息。EC‑Raman 除可对有机、无机化合物进行表征外,还能够监测电催化反应、储能器件以及腐蚀演化过程。

拉曼光谱可实现哪些前沿与特殊应用?

The i-Raman Plus Portable Raman Spectrometer being used to investigate artwork.

532 nm 波长的拉曼光谱非常适用于碳基材料表征。通过谱峰的强度、峰形与峰位,可解析样品内部结晶度,阐明材料的结构无序程度。

拉曼光谱在文物保护领域拥有诸多实用价值。相较于其他分析技术,其优势体现在:可对文物遗产开展无损原位研究;可抑制荧光干扰,实现颜料与染料的鉴别;支持数米距离的远距离测量,完成表面非接触分析。

拉曼光谱在食品饮料分析领域能发挥哪些作用?

拉曼光谱用于食品检测的应用场景十分丰富,可通过多种技术方案实现检测目标。

Close-up image of a variety of beers in glasses.

拉曼光谱可高效区分高度相似的样品,该特性非常适用于主流窖藏啤酒比对、不同食用油脂分类等场景。

该方向的核心应用为食品真伪鉴定与原料核验,手持型与实验室型拉曼系统均可完成相关检测。

A bundle of carrots sitting in a wide basket.

 受有机物产生的荧光干扰,食品饮料检测历来是拉曼光谱的应用难点。 XTR® 是一款新型荧光抑制技术,可优化 785 nm 拉曼的检测性能,该难题因此得以解决。

XTR 技术可识别胡萝卜、番茄、香蕉皮中的 β‑胡萝卜素等有色物质;也可用于蜂蜜真伪鉴别 —— 蜂蜜属于高价值产品,常被掺入廉价糖混合物以谋取不当利益。

SERS 是强有力的检测工具,可检出食品饮料中的微量染料、添加剂,以及各类杀虫剂、除草剂、杀菌剂残留。

瑞士万通提供多款操作简便的 SERS 检测方法与配套耗材,助力守护消费者安全。

瑞士万通拉曼光谱技术的未来发展方向

Illustration of MIRA on a robot for the GLIMPSE (Geological Lunar In-Situ Mapper and Prospector for Surface Exploration) Project.

当您了解拉曼光谱各类应用的同时,众多科研人员也在不断挖掘它在研究工作中的应用潜力。依托GLIMPSE项目(月球地质原位测绘与地表勘探探测计划),瑞士万通 MIRA 便携式拉曼光谱仪有望进入太空开展探测。

MIRA XTR outfitted on a drone.

瑞士万通瑞士分公司已开展全新合作项目,采用搭载远距离采样配件的机载拉曼系统,可在数米之外对化学品与爆炸物实现自动化检测。

借助 IBEX,可实现对敏感场所的远程监控,其搭载的拉曼系统为此提供了支持。IBEX是一款四足机器人(即波士顿动力的Spot®机器人),配备了一台远距离拉曼光谱仪(MIRA XTR DS)以及一套传感器组件,其中包括化学战剂(CWA)检测器、放射/核检测器和可燃气体指示器。IBEX能够快速、安全地对现场进行全面评估,帮助急救人员和执法团队远程了解并降低威胁。

MIRA XTR DS; Raman Spectroscopy; Defense & Security; First Responder; Autofocus Standoff Attachment

瑞士万通瑞士分公司已开展全新合作项目,采用搭载远距离采样配件的机载拉曼系统,可在数米之外对化学品与爆炸物实现自动化检测。

为何拉曼光谱非常适用于违禁品与危险物质检测?

拉曼光谱非常适合鉴别毒品、未知危险化学品、爆炸物以及化学战剂。该技术可在现场快速、可靠地完成非接触式检测结果输出,最大限度保障操作人员安全。对于海关安检、道路临检、化学品泄漏处置、地下非法作坊排查等各类违禁及危险物质相关场景,这一点至关重要。

First responder in a Hazmat suit holding a MIRA DS with Contact Ball Probe Attachment for liquids.

瑞士万通手持拉曼系统专为危险场景严苛工况设计,适配该类应用的各项硬性指标:

  • 瑞士万通手持拉曼仪器坚固耐用,具备防尘防水能力,通过抗冲击、抗振动认证。
  • 支持远程、延时采集与实时危险告警,进一步提升危险物质鉴别作业的安全性。
  • 配备电阻式触摸屏与实体功能按键,佩戴手套(含厚重的危化防护服手套)也可正常操作。
  • 支持多种拉曼波长,为用户提供最大化的采样灵活度。
  • 可搭配定制化配件,满足全天候野外现场检测作业需求。

瑞士万通拉曼系统的代表性应用与核心功能

灵活性是瑞士万通前沿拉曼解决方案的核心亮点,多款拉曼系统具备下述能力:

TacticID-1064_ST-Scanning-06

穿透式拉曼(See‑through Raman)可穿透塑料瓶、多层纸等以往拉曼无法穿透的不透明容器与包装材料,快速完成物质识别。

可应用于来料物料鉴别、邮政包裹查验、边境海关违禁品排查等场景。

结论

瑞士万通提供的拉曼产品具有多种应用可能性。手持式和实验室拉曼系统涵盖全光谱痕量检测、材料验证、未知物质识别,一直到定量分析。无论怎样使用,拉曼光谱都是一种独特而美妙的光谱技术!

无惧荧光干扰丨MIRA XTR

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本白皮书介绍了荧光抑制的方法,MIRA XTR 拉曼光谱仪的优势以及应用实例(例如危险化学品、非法药物、食品和饮料行业使用的成分和产品,以及制造材料)。

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Ray

Dr. Bryan H. Ray

Product Manager MIRA and TID Products
Metrohm Spectro (USA)

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