MOBILE-IR - Nové technologie v mobilních FTIR spektrometrech

FTIR spektrometrie je v dnešní době široce využívanou analytickou technikou pro kvalitativní i kvantitativní analýzu. Své uplatnění tak nachází například všude tam, kde je potřeba látky identifikovat, kontrolovat jejich kvalitu nebo stanovovat jejich koncentraci.

FTIR spektrometrie už dávno není technikou ryze laboratorní, ale zmenšováním optických i elektronických komponent je možné FTIR spektrometry přenášet a tyto analýzy provádět i v terénu, což ještě více rozšiřuje možnosti využití FTIR spektrometrie. Se zmenšováním a přenosem ale souvisí také velké množství problémů, jako např. snížení výkonnosti přístroje (kvality spekter) na úkor rozměrů nebo rozladění optiky vlivem nárazů a otřesů při přenosu přístroje.

V následujících odstavcích si na příkladu nového mobilního FTIR spektrometru MOBILE-IR II (Bruker Optics) představíme, jak jsou tyto limitace eliminovány prostřednictvím nových technologií a vylepšení.

Optik Instruments: FTIR spektrometr MOBILE-IR II

Robustnost na prvním místě

V první řadě si musíme uvědomit, že optické přístroje už ze své podstaty nejsou vhodné pro přenos a častou manipulaci. Jakýkoliv otřes může způsobit rozladění zrcadel vnitřní optiky, což ve finále vyústí v pokles signálu na detektoru. Dalším obecným faktem je, že čím méně prostoru na optickou soustavu máme, tím horšími spektrálními charakteristikami přístroje disponují (signál-ku-šumu, rozlišení, vlnočtová přesnost a další). Jak tedy výše zmíněným faktům spektrometr MOBILE-IR čelí?

Obdivuhodnou stabilitou signálu přístroj MOBILE-IR disponuje díky léty ověřené patentované konstrukci vnitřní optiky Rocksolid™. V čem toto řešení spočívá? Namísto klasických zrcadel přístroj používá tzv. koutové odražeče (zlacená rohová zrcadla), které vždy odrazí světelný svazek stejným směrem, ze kterého přišel. Díky tomu je vnitřní optika přístroje tzv. trvale seřízená a tím pádem i velmi odolná vůči nárazům a otřesům.  Přičteme-li k tomu i fakt, že celá optická lavice navíc leží na speciálně konstruované antivibrační základně, máme k dispozici přístroj, který dokáže stabilně měřit i za jízdy v automobilu, v průmyslovém prostředí apod. Pokud k tomu ještě doplníme kovové tělo přístroje s krytím IP65 (prachotěsnost a odolnost proti tryskající vodě), máme na světě FTIR spektrometr stvořený pro ta nejnáročnější prostředí.

Optik Instruments: Princip koutového odražeče a schéma interferometru RockSolid™

Citlivost lepší než u výzkumných přístrojů

Jak již bylo zmíněno, velikou limitací přenosných přístrojů je kvalita dat, která produkují. V případě FTIR analýzy je klíčovým parametrem hodnota signálu-ku-šumu (S/N poměr), která říká, kolikrát je signál v přístroji za standardizovaných podmínek měření vyšší, než-li šum. Čím vyšší je tato hodnota, tím lepší spektrum je v praxi naměřeno, a tím větší je šance, že danou látku úspěšně identifikujeme, nebo stanovíme její koncentraci. Zkrátka hodnota signálu-ku-šumu je ukazatelem úspěšnosti Vaší analýzy.

Optická lavice MOBILE-IR II vychází z FTIR spektrometru ALPHA II, který už sám o sobě má hodnotu signál-ku-šumu vyšší než naprostá většina stolních FTIR spektrometrů. MOBILE-IR má však namísto běžného DLaTGS detektoru technologickou novinku – termoelektricky chlazený MCT detektor (TE-MCT). MCT detektory se běžně využívají v nejnáročnějších vědeckých aplikacích, kde je potřeba měřit s nejvyšší možnou citlivostí nebo maximální rychlostí sběru dat. Jejich nevýhodou ale vždy byla nutnost chlazení detektoru kapalným dusíkem. Tato potřeba ale v případě TE-MCT odpadá – vše je uchlazeno pomocí elektrické energie. TE-MCT detektor má 2-3x vyšší citlivost oproti klasickému DLaTGS detektoru! Díky tomu dosahujeme násobných hodnot signálu-ku-šumu v terénu a jednoznačně nejvyšší spektrální kvality napříč přenosnými FTIR spektrometry, které jsou v dnešní době k dispozici na trhu. Porovnání spektra z DLaTGS a TE-MCT detektoru naleznete na obrázku níže.

Optik Instuments: Porovnání kvality spekter z DLaTGS (zašuměné spektrum) a TE-MCT detektorů při identických podmínkách měření

FTIR analýza snadno, rychle a účelně

Je skvělé mít výkonný a robustní přístroj, ale neméně důležité také je, aby byl snadný na obsluhu i údržbu. MOBILE-IR II lze jednoduše ovládat pomocí PC, notebooku i tabletu, a to zcela bezdrátově. Moderní ovládací software OPUS Touch je možné vybavit funkcemi dle potřeby a analýzu pak jednoduše provést dle předdefinovaného pracovního postupu několika kliky na myši či několika dotyky obrazovky.

Optik Instruments: Workflow OPUS TOUCH při identifikaci 1) Zadat parametry; 2) Změřit; 3) Identifikovat

Co se týká údržby přístroje, tak MOBILE-IR disponuje vestavěnou baterií s výdrží 7 hodin. Vnitřní optika je ze ZnSe okének, takže je necitlivá na vlhkost a tím je minimalizována i potřeba výměny sušidel uvnitř přístroje.

Za skvělou funkcionalitu lze zcela jistě považovat i prémiový diamantový měřící krystal. Jde o vysoce kvalitní monokrystal fixovaný mechanicky (bez použití lepidel), což výrazně zvyšuje jeho chemickou odolnost. Zároveň má tento krystal funkci ohřevu, což je extrémně vhodné případě analýzy látek v rozpouštědle. Díky zvýšené teplotě se rozpouštědlo jednoduše odpaří a na ATR krystalu už měříme pouze čistý analyt.

K čemu je to dobré?

S novými technologiemi jako je TE-MCT detektor dosahují dnešní přenosné FTIR spektrometry mnohem lepší spektrální kvality. Navíc díky drobným modifikacím, jako je ohřev ATR krystalu, uzpůsobený software apod. značně zjednodušují práci s přístrojem a posouvají spolehlivost FTIR analýzy v terénu na novou úroveň, a ještě zvětšují potenciál využití FTIR spektrometrie na mnoha místech, ke kterým patří např:

• Sklady chemikálií, plastů a API v chemickém, plastikářském či farmaceutickém průmyslu
• Místo činu či ekologické havárie pro identifikaci důkazních materiálů
• Mobilní laboratoře policejních sborů, hasičů nebo armády
• Místa těžby – průzkum půd a hornin