La capacidad de un sistema óptico para recoger eficientemente la luz se conoce como su rendimiento o étendue. En un mundo ideal de muestras homogéneas, un sistema espectroscópico Raman solo necesitaría un pequeño punto láser con una apertura de tamaño similar para recoger espectros de alta resolución. Sin embargo, el mundo real es más complicado. La identificación de todos los componentes de una muestra heterogénea requiere una mayor área de detección. Para conseguirlo, se podría aumentar el tamaño del punto láser para cubrir más superficie. Lamentablemente, la alta resolución requiere una pequeña apertura que reduce la cantidad de luz Raman que el sistema puede recoger y, por lo tanto, sacrifica la sensibilidad. Como alternativa, se podría utilizar una pequeña apertura mientras se mueve rápidamente (rasterización) un láser fuertemente enfocado sobre la muestra para recoger información de una gran área de la muestra. Este es el principio en el que se basa el método Orbital-Raster-Scan patentado (ORSTM) desarrollado por Metrohm Raman.
La tecnología ORS es la forma, patentada por Metrohm Raman, de superar la baja resolución, la escasa sensibilidad y la degradación de la muestra sin dejar de detectar una gran superficie de muestra. Esto se ilustra en una variedad de aplicaciones detalladas en esta Application Note.
Figura 1 muestra una representación gráfica del escaneo rasterizado orbital, que se define como el movimiento rápido de un rayo láser bien enfocado sobre un área grande.
La espectroscopia Raman se usa en muchas aplicaciones e industrias diferentes donde los datos de alta calidad son esenciales. Las capacidades de los sistemas MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) y MISA (Metrohm Instant SERS Analyzer) de Metrohm Raman con ORS se destacan en tres aplicaciones diferentes a continuación: regulación farmacéutica, identificación de materiales y muestreo de sustratos SERS (Surface Enhanced Raman Scattering).
La Farmacopea Europea (Ph. Eur, o EP) es un estándar completo para la producción de medicamentos, control de calidad de medicamentos y materias primas, y los instrumentos utilizados para realizar dichas pruebas. Los espectrómetros Raman se utilizan cada vez más para el control de calidad de los medicamentos porque son fáciles de usar, flexibles y proporcionan mediciones rápidas y no destructivas. Un capítulo recién revisado, doctorado Eur. 2.2.48 Espectroscopia Raman, se centra en aspectos que mejoran la fiabilidad de los resultados, y menciona específicamente la SRO [1].
«Cuando se utiliza la espectroscopia Raman [...] se debe tener cuidado para garantizar que la medida sea representativa. Esto se puede lograr, por ejemplo, mediante la rotación de la muestra, realizando múltiples mediciones en diferentes preparaciones de la muestra, utilizando el barrido raster orbital (ORS) [...]» [1]
Los productos farmacéuticos son mezclas de excipientes e ingredientes farmacéuticos activos (API) en proporciones cuidadosamente controladas. El muestreo representativo puede ser un problema con el pequeño diámetro del haz de la mayoría de los sistemas Raman (40–200 μm) y el pequeño tamaño de partícula (con un promedio de 36–39 μm) en las tabletas [2]. Los espectrómetros MIRA y MISA con ORS rastrean el láser alrededor de un círculo de 2000 μm de diámetro para interrogar un área grande en muy poco tiempo y capturar todos los ingredientes en un solo escaneo.
Todos los sistemas MIRA y MISA utilizan una potencia láser baja para recopilar espectros de alta resolución. Esto es el resultado de la combinación de excitación láser de 785 nm y un diseño de espectrógrafo patentado de "espacio libre" de alta etendue. Por ejemplo, los láseres de ≤50 mW son suficientes para una buena adquisición de la señal Raman a 785 nm en los sistemas MIRA y MISA, mientras que los sistemas de 1064 nm deben emplear láseres de 420 ± 30 mW para compensar la relación señal/ruido deficiente y la dispersión Raman reducida que se presenta a mayor distancia. longitudes de onda La combinación de potencia láser baja y ORS es ideal para el interrogatorio de materiales sensibles, como sustancias altamente coloreadas y volátiles.
Identificación Raman de poliestireno
Una comparación entre los sistemas Raman convencionales de 1064 nm y MIRA XTR DS de 785 nm en la interrogación del cilindro de plástico de un bolígrafo muestra claramente el beneficio de combinar baja potencia láser y ORS (Figura 2).
El cráter de la izquierda en figura 3 se creó cuando un sistema de láser fijo de 1064 nm al 100 % de potencia quemó la muestra. La segunda prueba al 60% de la potencia del láser dio el mismo resultado (figura 3, derecha) y ambas pruebas fallaron en identificar el material.
MIRA XTR DS recopiló datos de alta calidad sin dañar la muestra e identificó el plástico como poliestireno, con un índice de calidad de impacto (HQI) de 0,91. Esto indica una alta correlación entre el espectro de la muestra y el espectro de una biblioteca.
Identificación Raman de éter de polifenileno (PPE)
Un segundo ejemplo de muestreo no destructivo e identificación positiva de materiales con un sistema MIRA se puede ver en Figura 4.
La primera prueba con el sistema de láser fijo de 1064 nm produjo un espectro de baja resolución, aunque con algunos picos Raman identificables. La segunda prueba quemó el material (Figura 5) y no proporcionó información útil.
Nuevamente, MIRA XTR DS identificó fácilmente este material, dando una identificación positiva de PPE con HQI = 0.91.
Debe reconocerse que estos resultados pueden ser exitosos debido a una combinación de factores: láseres de 785 nm de baja potencia y ORS. La siguiente aplicación se centrará por completo en el poder de la SRO para mejorar los resultados de materiales heterogéneos.
Los P-SERS son sustratos basados en papel incrustados con nanopartículas que mejoran la señal Raman y permiten una detección muy sensible de analitos traza con SERS. Los P-SERS se utilizan con MISA, un sistema Raman portátil de 785 nm equipado con ORS.
Las tintas preparadas a partir de coloides de plata y oro se utilizan para imprimir sustratos P-SERS, lo que da como resultado una distribución heterogénea de nanopartículas en las fibras de papel [3]. Esto se puede ver en las imágenes SEM a continuación (Figura 6).
Escanear un estándar en P-SERS con el ráster APAGADO y contrastarlo con los datos del ráster ENCENDIDO es una demostración perfecta de la ventaja de ORS. Se solvató BPE [1,2-bis(4-piridil) etileno] y se dejó caer directamente sobre la parte impresa de una tira de P-SERS. Esta tira se analizó con MISA usando parámetros de adquisición constantes pero con raster ON y OFF (Figura 7).
Cada conjunto de cinco espectros en Figura 7, ORS, ya sea APAGADO o ENCENDIDO, contiene los mismos picos característicos para BPE. Sin embargo, la consistencia espectral es ideal con el ráster activado. Cada espectro son los datos promediados de una gran cantidad de puntos de acceso que producen señales recopilados durante una sola exploración de ORS. El resultado es una mejor representación de la superficie heterogénea. La variabilidad de la intensidad de la señal SERS (desviación estándar sobre un conjunto de cinco espectros = 1,4 %) con ORS ENCENDIDO es significativamente menor que con ORS APAGADO (SD = 10 %). Esto confirma la fuerza de ORS para obtener datos consistentes de una muestra.
Todos los sistemas de Metrohm Raman cuentan con ORS, que tiene tres beneficios significativos sobre los sistemas de haz estacionario:
- Confianza en la conservación de muestras, porque el punto del láser no permanece en el mismo lugar y el riesgo de que la muestra se queme es muy bajo.
- Consistencia de los datos, incluso para muestras heterogéneas. El haz rasterizado recopila datos sobre un área más grande de la muestra, lo que aumenta la reproducibilidad.
- Recopilación de datos de la mejor calidad. ORS cubre un área de muestra grande sin perder resolución.
[1] Farmacopea Europea (Ph. Eur.) 10ª Edición | EDQM - Dirección Europea para la Calidad de los Medicamentos https://pheur.edqm.eu/home (consultado el 08-11-2021).
[2] Smith, c. j.; Esteban, j. D.; Hancock, B. C.; Vahdat, A. S.; Cetinkaya, C. Evaluación acústica del tamaño medio de grano en compactos farmacéuticos. En t. j Farmacia 2011, 419 (1–2), 137–146. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2011.07.032
[3] Yu, W. W.; blanco, yo METRO. Matriz de espectroscopia Raman mejorada de superficie impresa por inyección de tinta en papel de celulosa. Anal. química 2010, 82 (23), 9626–9630. https://doi.org/10.1021/ac102475k
Compartir la aplicación
Descargar PDF