21 Sep Aplicaciones portátiles Raman de 785 nm: Capacidades de identificación de materiales de última generación en su bolsillo
Metrohm MIRA XTR DS: Raman 785 nm sin fluorescencia
El Raman portátil de 785 nm es una técnica de identificación de materiales consolidada, especialmente en los mercados farmacéutico y de defensa y seguridad. Las nuevas capacidades desarrolladas por Metrohm Raman amplían el alcance del Raman portátil hacia diversas industrias. Este artículo cubre primero la instrumentación y luego presenta varias aplicaciones nuevas para la espectroscopia Raman de 785 nm.
Opciones de muestreo flexibles, tiempos de análisis cortos, factor de forma pequeño y capacidades superiores de identificación son los beneficios más conocidos de los sistemas Raman portátiles de 785 nm. Las bajas potencias y la alta resolución del láser contribuyen a esta lista de ventajas.
Los tiempos cortos de análisis y las bajas potencias del láser conservan la vida útil de la batería, una necesidad para aplicaciones de campo. Las potencias bajas también reducen el riesgo de degradación de la muestra para un análisis más seguro de materiales desconocidos.
El diseño exclusivo del espectrómetro MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) recopila datos en tiempos de análisis muy cortos con una excelente relación señal-ruido (SNR). La Figura 1 ilustra cómo el ruido en un espectro de baja resolución puede ocluir los picos característicos: una SNR alta significa más información de picos para una combinación óptima de bibliotecas.
La Tabla 1 y la Figura 2 muestran la relación entre longitud de onda, potencia del láser, tiempo de adquisición y SNR. El Raman de 1064 nm requiere 440 mW (frente a 50 mW) y casi 10 veces el tiempo de adquisición respecto al Raman de 785 nm. Con la misma potencia (50 mW), la SNR de Raman de 1064 nm es casi siete veces menor que la de 785 nm. La combinación de baja potencia láser y tiempo de adquisición corto hace que el Raman de 785 nm sea la opción preferida para los analistas.
Puede encontrar más información sobre MIRA en la nota de aplicación y en las publicaciones de blog relacionadas:
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XTR®: rechazo de fluorescencia para Raman de 785 nm
La longitud de onda influye mucho en la elección de un sistema Raman: 532 nm para señal fuerte, 1064 nm para fluorescencia reducida. El Raman de 785 nm con rechazo de fluorescencia ofrece lo mejor de ambos mundos. Aproximadamente el 20–30 % de los materiales emiten fluorescencia bajo excitación a 785 nm. Sin embargo, los algoritmos patentados en MIRA XTR DS (Figura 3) extraen la fluorescencia del espectro Raman para la identificación de materiales sin interferencia.
Más información sobre MIRA XTR DS:
- Identificación de materiales sin fluorescencia a 785 nm con MIRA XTR DS
- La evolución de la espectroscopia Raman portátil de 785 nm: extracción Raman de la interferencia de fluorescencia
Los beneficios de la tecnología XTR (Raman eXTRaction) incluyen:
- Recopilación rápida de datos de alta calidad en campo, accesible para usuarios no técnicos.
- Análisis de miles de muestras altamente coloreadas, orgánicas o complejas.
- Espectros de alta resolución que mejoran las capacidades de comparación de bibliotecas para una identificación rápida y precisa.
- SNR muy alta incluso en materiales fluorescentes, lo que permite el análisis sensible de componentes en baja concentración.
Capacidades de muestreo para Raman portátil
El muestreo flexible implica recopilación de datos exitosa en todos los escenarios de campo: desde la inmersión directa hasta el muestreo a través de barrera.
- Determinación del contenido del recipiente: identificación de materiales con Raman
- Raman de mano para la prevención de ataques de ácido: identificación a través de recipiente de plástico
Metrohm Raman ofrece además opciones de muestreo montado en robot, sin contacto, remoto, diferido y de enfrentamiento (Figura 4), todas diseñadas para reducir el contacto con productos químicos potencialmente peligrosos.
En el caso de un derrame químico, el robot transporta MIRA XTR DS con el Accesorio de separación de enfoque automático (AFSO) al área del derrame mientras los operadores permanecen en zona segura. El instrumento y el accesorio se operan de forma remota para recopilar información sobre la naturaleza del derrame.
Aplicaciones en nuevos mercados
La alta resolución, la mitigación de fluorescencia y las capacidades de muestreo flexibles amplían el uso del Raman portátil más allá de los mercados farmacéutico y de defensa y seguridad.
Productos químicos
Raman facilita la identificación, detección y caracterización química en desarrollo sintético y laboratorios de investigación. Las sustancias orgánicas pueden ser problemáticas bajo la interrogación de 785 nm, pero XTR supera este obstáculo. El ácido fólico, una vitamina B útil como material sintético por su saturación extendida y numerosos grupos funcionales, emite fluorescencia bajo Raman, pero XTR produce un espectro de muy alta resolución con picos nítidos y bien resueltos.
Tintes
Los tintes y materiales muy coloreados casi siempre emiten fluorescencia bajo interrogación Raman. Una mezcla de bebida Kool-Aid® fue analizada con Raman de mano: el espectro superior (azul) muestra la fuerte fluorescencia típica. Las rutinas XTR extraen la señal con suficiente resolución para identificar positivamente Allura Red (FD&C Red 40) en MIRA Cal DS.
El ácido sulfanílico es otro ejemplo: su forma pura no emite fluorescencia, pero su alta reactividad introduce trazas de colorantes que sí la emiten. Con XTR se obtiene un espectro completo de picos nítidos.
Alimentos y bebidas
La autenticación es un uso consolidado del Raman portátil en la industria alimentaria. El aceite de sésamo se utilizó como material de prueba principal en el desarrollo de XTR por ser un material orgánico de color oscuro difícil de analizar con Raman de 785 nm (espectro azul). XTR extrae la señal Raman con suficiente resolución para revelar los picos característicos del aceite de sésamo (espectro verde).
Un estudio publicado usó MIRA DS para comparar las relaciones de picos a 1658 y 1442 cm⁻¹ para la autenticación y cuantificación de mezclas de aceite [1]. XTR proporciona mayor resolución espectral y capacidad de autenticación superior de aceites comestibles respecto al método de referencia del estudio.
Nutracéuticos y suplementos dietéticos
Los suplementos dietéticos suelen contener vitaminas, minerales, fibra y antioxidantes provenientes de frutas y verduras de colores vibrantes. Aunque están menos regulados que los productos farmacéuticos, Raman permite confirmar la identidad de un suplemento. MIRA XTR DS produce un espectro distinto de la quercetina (pigmento vegetal con efectos antioxidantes y antiinflamatorios) con picos intensos y bien resueltos, a pesar de la fluorescencia.
Investigación y educación
Un estudio de 2020 comparó sistemas Raman portátiles y de sobremesa para el análisis de metabolitos de plantas y el diagnóstico de estrés en entornos agrícolas [2]. Los investigadores concluyeron que los sistemas portátiles recopilan datos de calidad y son superiores para el diagnóstico temprano y el monitoreo in situ en tiempo real en condiciones de campo. XTR produce un espectro con alta similitud con los hallazgos reportados y con mejor resolución.
Desarrollo SERS
SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) agrega detección de trazas y mediación de fluorescencia a los beneficios del Raman portátil.
- Dispersión Raman mejorada de superficie (SERS): ampliación de los límites del análisis Raman convencional
- SERS: detección de azul brillante y superación de problemas de fluorescencia con MISA
Autenticación de azafrán
Identificar azafrán falsificado es complejo por la variedad de estrategias utilizadas: colorantes añadidos, inclusión de partes no auténticas de flor. MISA (Analizador instantáneo SERS de Metrohm) permite una autenticación portátil y sencilla. SERS reduce inherentemente la interferencia de fluorescencia; en la comparación entre Raman y SERS del azafrán puro, el fondo SERS (naranja) muestra mucho menos fluorescencia, lo que permite la detección de Sudán 1 (tinte tóxico usado en concentraciones muy bajas para imitar el color del azafrán).
- Combatir el fraude alimentario: conozca MISA
- Detección de trazas de colorante tóxico en azafrán con MISA
Pesticidas en pasas
El acetamiprid es un pesticida neonicotinoide regulado a un máximo de 0,5 µg/g (500 ppb) en Europa por su relación con el colapso de colonias de abejas. La evaporación de un mayor volumen de sobrenadante (800 µL en lugar de los 200 µL habituales) mejora la detección a niveles de ppb. Con este tratamiento, los picos de acetamiprid son visibles hasta 0,5 µg/g (espectro naranja).
Conclusión
Esta es la evolución del Raman portátil de 785 nm: la tecnología XTR abre un amplio espectro de aplicaciones en industrias que van más allá del mercado farmacéutico y de defensa.
Autor: Dr. Melissa Gelwicks. Technical Writer, Metrohm Raman, Laramie, Wyoming (EE. UU.)
Referencias
[1] Pulassery, S.; Abrahán, B.; Ajikumar, N.; et al. Estimación rápida del valor de yodo mediante espectrómetro Raman portátil para la autenticación de aceites comestibles. ACS Omega 2022, 7(11), 9164–9171. DOI:10.1021/acsomega.1c05123
[2] Gupta, S.; Huang, C. H.; Singh, G. P.; et al. Sensor Raman portátil de hoja para la detección rápida del estrés de las plantas. Sci. Rep. 2020, 10(1), 20206. DOI:10.1038/s41598-020-76485-5
Seminario web: Ampliación de las capacidades de Raman portátil de 785 nm | MIRA XTR DS / MIRA DS
Más información:
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