Compartilhar artigo
Os espectrômetros Raman portáteis são realmente como nenhum outro instrumento químico analítico. Todos os espectrômetros (por exemplo, IR/NIR, UV-Vis, GC/MS e Raman) dependem de interações entre matéria e energia e incluem detectores que coletam informações sobre as alterações atômicas e moleculares resultantes. Esta informação é usada para qualificar e/ou quantificar diversas espécies químicas. Normalmente, um espectrômetro é um instrumento de bancada conectado a um computador ou outro monitor visual usado por um analista em um laboratório.
Os espectrômetros Raman clássicos se enquadram nesta categoria. Lasers, filtros, detectores e todo o hardware associado para amostragem são combinados em uma unidade, enquanto o processamento e visualização de dados ocorrem nas proximidades.
Para uma comparação de outras técnicas espectroscópicas, confira nossa postagem anterior no blog.
Raman é uma técnica analítica investigativa única em muitos aspectos. É dito, "Se você puder ver, Raman pode identificá-lo.»
Na verdade, os pontos fortes do Raman são os seus métodos de amostragem simples combinados com a sua especificidade. A análise direta é possível para muitas substâncias puras sem preparação de amostra. A amostragem é realizada por contato direto com uma substância, remotamente ou através de uma barreira. Até mesmo os solutos na água podem ser identificados diretamente. Esta técnica é altamente específica; cada material investigado com Raman produz um espectro único de «impressão digital». A espectroscopia Raman é bem-sucedida na identificação positiva de cada substância distinta, ao mesmo tempo que rejeita com precisão até mesmo compostos muito semelhantes.
O espectro Raman
Os espectros Raman contêm picos em uma faixa que corresponde à conectividade molecular específica e podem ser usados para determinar a composição química de uma amostra. A faixa espectral depende do design do espectrômetro e incorpora um equilíbrio entre resolução e sensibilidade.
A «região da impressão digital» (400–1800 cm-1) é usado para identificar incógnitas e verificar materiais conhecidos. A região abaixo de 400 cm-1 é útil na análise de minerais, pedras preciosas, metais e semicondutores. Para a maioria dos materiais orgânicos (por exemplo, óleos, polímeros, plásticos, proteínas, açúcares/amidos, álcoois, solventes, etc.), muito pouca informação acima de 2255 cm-1 é útil em aplicações Raman, pois as cadeias carbono-hidrogênio contribuem pouco para a qualificação molecular.
Faixa de medição do MIRA
of 400–2300 cm-1 is perfect for most Raman applications, including:
- Pharma & other regulated industries
- Food
- Personal care & cosmetics
- Defense & security
- Process analytics
- Materials ID
- Education & research
MIRA está disponível em diferentes configurações para todos os tipos de aplicações e necessidades do usuário.
Boas coisas vêm em pequenos pacotes
Tecnologia, análise, facilidade de uso, precisão – o Raman portátil tem tudo isso em um formato pequeno que foge dos limites do laboratório. Ele também convida muitos novos tipos de usuários que empregam Raman para aplicações muito novas e interessantes. No restante desta postagem do blog, compartilho detalhes sobre o desenvolvimento de componentes que levaram à miniaturização do Raman. Isto é seguido pela história da origem de Metrohm Raman, fabricante de MIRA (Analisadores Raman Instantâneos Metrohm).
Quatro inovações significativas se uniram para criar o MIRA: lasers de diodo, filtros e grades especializados, óptica no eixo e o CCD (Charge Coupled Device) em um design exclusivo denominado «espectrógrafo astigmático». Esses componentes básicos de um espectrógrafo Raman podem ser vistos na representação gráfica acima. Observe que esta não é uma representação precisa das geometrias únicas encontradas no caso do MIRA!
A espectroscopia Raman é uma técnica que depende da excitação de moléculas com luz (energia). cv A descoberta do espalhamento Raman por Raman em 1928 foi possibilitada pela luz solar focada, que foi rapidamente substituída por uma lâmpada de mercúrio para excitação e placas fotográficas para detecção. Isto resultou em um método simples, popular e eficaz para determinar a estrutura de moléculas simples.
O primeiro espectrômetro Raman comercial estava disponível na década de 1950. À medida que os lasers se tornaram mais disponíveis na década de 1960, seguidos pela melhoria da tecnologia de filtros na década de 1970, Raman cresceu em popularidade como uma técnica para uma ampla gama de análises químicas. Os sistemas integrados foram vistos pela primeira vez na década de 1990, e a miniaturização dos instrumentos começou no início dos anos 2000.
Miniaturização de espectrômetros Raman
Os lasers de diodo foram o primeiro passo em direção ao Raman portátil. Para aqueles que já têm uma certa idade, devem se lembrar que esses são os tipos de lasers pequenos, frios e de baixa energia usados em CD players, estabilizados na fonte com um tipo único de rede de difração.
Filtros ópticos poderosos e eficientes também contribuem para a miniaturização, controlando a dispersão da luz laser no espectrógrafo. O desenvolvimento de pequenos dispositivos de carga acoplada (CCDs) sensíveis e comumente usados em câmeras de telefones celulares permitiu a detecção do espalhamento Raman e a transmissão eficiente dos sinais resultantes para um computador para processamento.
O espectrógrafo astigmático simplificou ambas as geometrias e alinhamento para os vários componentes dentro de um espectrômetro Raman; este projeto foi o avanço final no desenvolvimento do Raman portátil.
Do Wyoming à Suíça
Na década de 1990, novas tecnologias desenvolvidas para diversas indústrias foram sendo incorporadas à espectroscopia Raman. Na época, em Laramie, WY (EUA), o Dr. Keith Carron era professor de Química Analítica com foco em Espalhamento Raman Aprimorado na Superfície (SERS). Carron já tinha testes SERS robustos, mas imaginou um sistema Raman de baixo custo que introduziria seus testes nos mercados industriais, médicos ou de defesa e segurança. Seus próximos passos revolucionariam a espectroscopia Raman.
Usando peças comerciais prontas para uso, o Dr. Carron e sua equipe desenvolveram um instrumento de bancada econômico que eliminou o alto custo da análise Raman, ajudando a permitir seu uso em currículos universitários. No início dos anos 2000, um boom de pesquisa e educação começou à medida que Raman passou de uma técnica esotérica usada em aplicações de ponta para se tornar amplamente disponível para todos os tipos de tarefas. Dr. Carron é responsável por conduzir Raman à era atual. Uma colaboração levou a um sistema Raman portátil e, em última análise, a um novo design de espectrógrafo astigmático em um formato muito pequeno instrumento.
As tragédias dos EUA em 11 de Setembro de 2001 criaram um impulso imediato à tecnologia para detectar actividades terroristas. Nessa época, os temores do antraz reforçaram ainda mais a necessidade de analisadores de “pó branco”. A análise química viável tornou-se o objetivo a atingir .
O Dr. Carron foi inspirado a inventar um dispositivo Raman verdadeiramente portátil, alimentado por bateria, para a identificação de explosivos e outros materiais ilícitos. Uma série de iterações levaram ao CBex, um sistema Raman do tamanho da palma da mão (ainda menor que o MIRA!) projetado pela Snowy Range Industries, em fevereiro de 2012. A CBex chamou a atenção da Metrohm AG e uma oferta de cooperação foi enviada ao Dr. Carron em agosto de 2013.
Junto vem MIRA
MIRA nasceu em 2015. Não é apenas um novo instrumento analítico, mas também único entre os espectrômetros Raman portáteis. MIRA tem o menor formato de todos os instrumentos Raman disponíveis comercialmente.
O que realmente diferencia o MIRA da concorrência são suas rotinas Smart Acquire integradas, que fornecem a qualquer pessoa, em qualquer lugar, acesso a resultados analíticos altamente precisos. É robusto, reunião MIL-STD 810G e IP67 especificações – você pode deixar cair o MIRA ou mergulhá-lo em um líquido para obter uma identificação.
Depois que Raman escapou dos limites do laboratório, ele repentinamente teve potencial para novos usos por operadores não técnicos, que poderiam realizar testes altamente analíticos com segurança, rapidez e precisão.
Na verdade, a miniaturização do Raman revolucionou a segurança de várias maneiras:
- A análise direta elimina os perigos da exposição a solventes de laboratório e outros produtos químicos.
- A análise da embalagem evita o contato do usuário com materiais potencialmente perigosos.
- A identificação simplificada de materiais no local verifica a qualidade dos ingredientes em alimentos, medicamentos, suplementos, cosméticos e produtos para a pele.
- A identificação de materiais ilícitos, como narcóticos, explosivos e agentes de guerra química, apoia a ação rápida das agências militares e civis.
Qual é o próximo?
Espero que você tenha gostado de aprender sobre a evolução da tecnologia Raman, desde sistemas de bancada até os instrumentos portáteis que temos hoje. Continuamos a publicar mais artigos sobre o MIRA que descrevem, em detalhes, diversas aplicações interessantes da espectroscopia Raman portátil. Encontre uma seleção desses artigos abaixo:
Raman do mundo real: MIRA DS em ação – Detectando drogas com segurança no campo
Raman do mundo real: simplificando a inspeção de matérias-primas recebidas
Suas conclusões de conhecimento
Calibração de instrumentos, verificação de sistema e validação de desempenho para MIRA
Baixe este white paper para saber mais sobre as rotinas AIQ para MIRA
