Portable Raman Instrumentation for SERS Applications

Význam tématu

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) je klíčová metoda pro detekci stopových množství analytů v oblastech životního prostředí, potravinářské bezpečnosti a obranné analytiky. Díky zesílení Ramanova signálu umožňuje identifikaci nízkokoncentrovaných látek, které by standardní Ramanova spektroskopie nezachytila.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje přenosný Ramanův spektrometr i-Raman Plus 785S společně s doplňkovými moduly (video mikroskop, laserové pouzdro, držiak kyvety) jako kompletní platformu pro SERS aplikace v terénu. Cílem je ukázat, že přenosné vybavení dosahuje laboratorní úrovně výkonu při zachování mobility a nižších nákladů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro SERS analýzu byly využity nanostrukturované SERS čipy a roztokové koloidní suspenze kovových částic. Hlavní přístrojové vybavení:

• i-Raman Plus 785S: přenosný Ramanův spektrometr s chlazeným CCD detektorem (TE-chladicí až –2 °C), vlnová délka laseru 785 nm, spektrální rozsah 65–3 350 cm⁻¹, rozlišení 4,5 cm⁻¹, dlouhé integrační časy až 30 minut.
• BAC151 video mikroskop sampling accessory: umožňuje zaostření laseru na SERS povrch s průměrným průměrem laserového svazku 21–210 μm v závislosti na objektivu (10× až 100×).
• BAC152 Class 1 laserové pouzdro: zajišťuje bezpečnost provozu a blokuje okolní světlo.
• BCR100A Raman cuvette holder: držák kyvety s trojbodovým upínacím mechanismem, zrcadlem a světelným filtrem pro analýzu kapalin a prášků.

Hlavní výsledky a diskuse

Vysoce citlivý detektor s TE-chlazením výrazně snižuje elektronický šum a umožňuje detekci velmi slabých SERS signálů. Spektrální rozlišení 4,5 cm⁻¹ dovoluje rozlišit blízce umístěné špičky (např. 625 cm⁻¹ vzorek vs. 641 cm⁻¹ podklad). Malý a přesně zaostřovaný laserový svazek je nezbytný pro analýzu miniaturních SERS povrchů (~5×5 mm²). Pouzdro BAC152 eliminuje interferenci okolního světla a zpětné odrazy, což zlepšuje kvalitu naměřených spekter.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace přenosného SERS řešení přináší:

• Možnost provádět kvalitativní a kvantitativní analýzy v terénu či na výrobních linkách.
• Snížení nákladů oproti benchtop systémům.
• Flexibilitu v aplikacích od environmentální kontroly po forenzní a biomedicínskou diagnostiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další miniaturizace a integrace s pokročilými metodami datové analýzy (multivariátní kalibrace, strojové učení). Vývoj SERS substrátů s vylepšenou uniformitou a reprodukovatelností povede k vyšší spolehlivosti měření. Kombinace s mobilními zařízeními a cloudovými platformami umožní online monitorování analytů v reálném čase.

Závěr

Přenosný systém i-Raman Plus 785S spolu s vhodným příslušenstvím demonstruje laboratorní výkon pro SERS analýzy při zachování mobility a nízké energetické náročnosti. Vysoký signál/šum, dobré spektrální rozlišení, variabilní velikost laserového svazku a zajištění laserové bezpečnosti umožňují efektivní detekci stopových látek v terénu.

Reference

1. B. Sharma, R.R. Frontiera, A.I. Henry, E. Ringe a R.P. Van Duyne, Materials Today, 2012, 15(1–2), 16–25.
2. S. Botti, S. Almaviva, L. Cantarini, A. Palucci, A. Puiu a A. Rufoloni, Journal of Raman Spectroscopy, 2013, 44, 463–468.