Fluorescence-free 785 nm material identification with MIRA XTR DS

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je široce využívaná technika pro neinvazivní identifikaci chemických látek a materiálů. Fluorescenční rušení však často snižuje poměr signál/šum, překrývá charakteristické Ramanovy vrcholy a omezuje použití přenosných Ramanových přístrojů v terénu. Potřeba kompaktního a cenově dostupného řešení pro potlačení fluorescence je klíčová pro bezpečnostní složky, celní orgány, armádu i průmyslové aplikace, kde je nutné rychlé a spolehlivé získání analytických dat.

Cíle a přehled studie / článku

Tento white paper představuje přenosný Ramanův spektrometr MIRA XTR DS vybavený patentovanou metodou XTR® („Raman eXTRaction“), který umožňuje extrahovat Ramanův signál z fluorescenčních pozadí při použití úsporné 785 nm diodové laserové exci­tace a běžných křemíkových detektorů. Studie demonstruje výkon MIRA XTR DS na směsích vysoce fluorescenčních vzorků, barevných materiálů, farmaceutických látek, potravinářských přípravků a narkotik ve srovnání s tradičními přístroji pracujícími na 785 nm a 1064 nm.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika staví na těchto prvcích:

• Exci­tační laser 785 nm s nastavitel­ným výkonem (≤ 100 mW)
• Patentovaný algoritmus XTR pro elektronické oddělení fluorescenční a Ramanovy složky spektra
• Křemíkové detektory pro citlivé snímání Ramanova signálu
• Inteligentní výměnné vzorkovací SmartTips pro kontakt, měření skrze obaly i stand-off analýzu
• Orbital Raster Scanning (ORS) pro rovnoměrné ozáření a minimalizaci rizika spálení vzorku
• Software HazMasterG3™ a mobilní aplikace MIRA Cal M pro okamžité sdílení výsledků

Hlavní výsledky a diskuse

1) Směs vysoce fluorescenčních uhlovodíků a methamfetaminu: MIRA XTR DS zřetelně extrahuje Ramanovy vrcholy obou složek, zatímco standardní 785 nm vzorek je přehlušen fluorescence.
2) Fluorescenční excipienty (Gum Arabic, MCC): Při 785 nm a 1064 nm exci­taci je signál slabý a šum vysoký, MIRA XTR DS poskytuje ostré a dobře rozlišené spektrum vhodné pro spolehlivé porovnání s knihovnou.
3) Barevné materiály (černý plast, modrý papír): Tradiční 785 nm i 1064 nm systémy vedou k vysoké fluorescenci nebo přímo k poškození vzorku („spálení“). MIRA XTR DS generuje ploché baseliny a čitelná Ramanova pásma bez viditelného poškození.
4) Potravinářská autenticita (med): Rozlišení skutečného a napodobeného medu i jejich směsí ukazuje, že XTR® umožňuje kvantitativní i kvalitativní analýzu cukrů a přísad.
5) Narkotika (butyryl a acetyl fentanyl): Přestože jde o velmi podobné molekulární analogy, XTR® odkrývá jedinečný vrchol v oblasti 600–800 cm⁻¹, který dovoluje jednoznačnou identifikaci a odlišení analogů fentanylu.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné potlačení fluorescence umožňuje rychlé a spolehlivé terénní analýzy
• Kompaktní design a nízké energetické nároky podporují mobilní nasazení (bez složitých chlazení či vysokovýkonných laserů)
• Široká knihovna (> 21 000 látek) a softwarové nástroje usnadňují rozhodování složkami zásahových týmů i QA/QC laboratoří
• Vhodné pro kontrolu nebezpečných látek, celní inspekce, forenzní analýzy, potravinářskou autentizaci a detekci léčiv či drog

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace umělé inteligence pro automatizované rozpoznání komplexních směsí a neznámých látek
• Rozšíření spektrálních knihoven o nové nelegální substance, biologické a environmentální vzorky
• Další miniaturizace a snížení energetické spotřeby senzorů
• Kombinace s časově rozlišenou Ramanovou spektroskopií pro úplné oddělení fluorescence i při vyšších vlnových délkách
• Využití v pokročilé biochemii, farmacii, ochraně životního prostředí a potravinářské výrobě

Závěr

MIRA XTR DS představuje průlom v přenosné Ramanově spektroskopii tím, že nabízí robustní, cenově dostupné a kompaktní řešení pro potlačení fluorescence za použití úsporného 785 nm laseru a patentovaného algoritmu XTR. Uživatelé získávají spolehlivé a vysoce informativní spektrální data v terénu bez rizika poškození vzorků a s možností okamžitého vyhodnocení díky integrovanému softwaru.

Reference

1. Cadusch P. J. et al., J. Raman Spectrosc. 44(11), 1587–1595 (2013).
2. Wei D. et al., Appl. Spectrosc. Rev. 50(5), 387–406 (2015).
3. Rojalin T. et al., Anal. Bioanal. Chem. 408(3), 761–774 (2016).
4. Conti C. et al., Analyst 141(15), 4599–4607 (2016).
5. Albrecht A. C., J. Chem. Phys. 34(5), 1476–1484 (1961).
6. Wilson E. B. et al., J. Electrochem. Soc. 102(9), 235Ca (1955).
7. Li Vigni M. et al., Foods 9(11), E1563 (2020).
8. Metrohm AG, AN-RS-002 (2015).
9. Logan B. G. et al., Food Control 121, 107652 (2021).
10. Armenian P. et al., Neuropharmacology 134(Pt A), 121–132 (2018).