Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) – Expanding the Limits of Conventional Raman Analysis

Význam tématu

Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) představuje významné rozšíření konvenční Ramanovy spektroskopie díky významnému zesílení Ramanova signálu molekul adsorbovaných na zlatých či stříbrných nanočásticích.
Umožňuje detekci stopových množství analytů v oblastech ppm a ppb, kde klasická Ramanova metoda dosahuje maximálně tisícinových koncentrací.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem white paperu je představit princip SERS, možnosti jeho aplikace v přenosných Ramanových systémech Metrohm Raman Mira DS a demonstrovat praktická využití nové generace tisknutelných P-SERS substrátů v oblastech forenzní analýzy a bezpečnosti potravin.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Využití SERS pro zvýšení citlivosti Ramanovy spektroskopie
• Příprava vzorků: přímé nanesení roztoků nebo nánosů zředěných extraktů na P-SERS substráty
• Záznam spekter s offline a online režimem rasterování

Instrumentace:

• Přenosný Ramanův analyzátor Mira DS (Metrohm Raman) vybavený Orbital Raster Scan technologií a vestavěnou knihovnou přes 10 000 spekter
• Tisknutelné P-SERS substráty vyráběné inkjet technologií na papírovém nosiči

Hlavní výsledky a diskuse

SERS umožnilo detekce popsané v následujících aplikacích:

• Forenzní analýza heroinu: detekce ve 100% testovaných vzorcích ulicního heroinu (koncentrace v mg rozsahu), kde konvenční Raman selhal vlivem fluorescenčních příměsí
• Bezpečnost potravin – melamin v mléce: detekce melaminu při 100 ppm po koagulaci bílkovin a separaci, čistý SERS signál charakteristických pásů
• Farmakologické a pesticidní látky: malachitová zelen a malathion detekovány při nízkých ppm úrovních s ostrým a reprodukovatelným spektrem

Diskuse:
SERS spolu s P-SERS substráty výrazně snižuje čas a náročnost přípravy vzorků a umožňuje rychlou detekci v terénních podmínkách bez potřeby složitého laboratorního vybavení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší:

• Rychlé screeningové analýzy na místě bez nutnosti složitého zpracování vzorků
• Snížení zátěže forenzních laboratoří díky předběžnému ověření přítomnosti cílových sloučenin
• Nákladově efektivní substráty vhodné pro jednorázové či sériové použití

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Rozšíření škály inkjetovatelných substrátů na různé absorpční a chromatografické nosiče
• Integrace SERS metod do automatizovaných a dronem řízených mobilních platforem
• Pokročilé softwarové algoritmy pro vícenásobné rozpoznávání složitých směsí v reálném čase

Závěr

Metrohm Raman Mira DS ve spojení s inkjet tištěnými P-SERS substráty nabízí robustní, přenosné a vysoce citlivé řešení pro stopovou detekci analytů v sektorech forenzní analýzy a bezpečnosti potravin.
Metoda významně rozšiřuje možnosti Ramanovy spektroskopie a přispívá k rychlé a spolehlivé detekci analytů v polních i laboratorních podmínkách.

Reference

1. E. P. Hoppmann, W. W. Yu, I. M. White, Highly sensitive and flexible inkjet printed SERS sensors on paper, Methods, 63(3):219–224 (2013)
2. W. W. Yu, I. M. White, Inkjet-printed paper-based SERS dipsticks and swabs for trace chemical detection, Analyst, 138(4):1020–1025 (2013)
3. W. W. Yu, I. M. White, Chromatographic separation and detection of target analytes from complex samples using inkjet printed SERS substrates, Analyst, 138(13):3679–3686 (2013)
4. NIH Publication No. 04-446
5. FDA IA 99-30
6. EPA-HQ-OPP-2009-0317 Docket
7. CDC Wonder