STRaman Technology: Raman for See Through Material Identification

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je zásadní pro rychlou a neinvazivní identifikaci látek i v neprůhledných obalech. Umožňuje efektivní kontrolu kvality, forenzní analýzy a biomedicínské aplikace, kde tradiční konfokální metody narážejí na limity způsobené silnou disperzí nebo poškozením citlivých vzorků vysokou hustotou výkonu.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje novou konstrukci systému STRaman (See Through Raman) od B&W Tek, která rozšiřuje použitelnost Ramanovy spektroskopie pro identifikaci materiálů skrze difuzně rozptylující a neprůhledné vrstvy. Autor porovnává tento přístup s konfokálním uspořádáním a metodou SORS a demonstruje výhody na konkrétních příkladech měření.

Použitá metodika a instrumentace

• Princip STRaman: široké osvětlení vzorku a sběr Ramanova signálu z velké plochy, což zvyšuje efektivní hloubku vzorkování.
• Srovnání se standardní konfokální sondou a SORS (Spatially Offset Raman Spectroscopy).
• Softwarová analýza STID pro oddělení signálů obalu a obsahu a automatickou identifikaci slabých Ramanových rozptylovatelů.

Použitá instrumentace

• Spektrometr i-Raman Pro ST (B&W Tek).
• Laser s vlnovou délkou 785 nm a výkonem 450 mW.
• Intenzitní korekce podle NIST (SRM 2241–2243) pro 785 nm, 532 nm a 488,5 nm excitaci.
• Příslušenství: Focus Adaptor pro zaostření na ~100 µm, Surface Regulator pro kontakt s povrchem a konfokální moduly.

Hlavní výsledky a diskuse

Studie ukazuje, že STRaman technologie umožňuje:

• Identifikaci sodného benzoátu skrze bílou PE láhev s potlačením signálu obalu subtrakcí spekter.
• Detekci D-(+) glukózy skrze papírovou obálku a eliminaci fluorescence papíru.
• Analýzu potahovaných tablet (Advil) skrze cukrový povlak a získání dominantního signálu účinné látky.
• Měření citlivých vzorků (gun powder) s nízkou hustotou výkonu a minimálním tepelným poškozením.
• Transkutánní snímání lidské kostní a svalové tkáně in vivo s rozlišením fosfátových a amidečních pásů.
• Reprezentativní vzorkování heterogenních (Excedrin) a krystalických (xylitol) vzorků s vyšší reprodukovatelností a nulovou mírou falešných negativ.

Přínosy a praktické využití metody

STRaman technologie přináší rychlou, neinvazivní a reprodukovatelnou identifikaci látek v neprůhledných obalech, heterogenních směsích i citlivých vzorcích. Je vhodná pro kontrolu příchozího materiálu, kvalitativní a kvantitativní analýzu ve farmaceutickém, potravinářském a průmyslovém sektoru, forenzní analýzy i biomedicínský výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace STRaman technologie s mikroskopií a standoff aplikacemi pro vzdálené měření.
• Rozšíření spektrálního rozsahu a nasazení pokročilých detekčních technologií včetně vláknových sond.
• Implementace strojového učení pro automatizovanou identifikaci a kvantifikaci komplexních vzorků.
• On-line monitorování výrobních procesů a in vivo diagnostika v klinické praxi.

Závěr

STRaman technologie významně rozšiřuje možnosti Ramanovy spektroskopie díky hlubší penetraci, zvýšené propustnosti a snížené hustotě laserového výkonu. Umožňuje spolehlivou identifikaci chemických materiálů v náročných podmínkách a otevírá nové aplikační oblasti v průmyslu, farmaceutickém sektoru a výzkumu.

Reference

• P. Matousek, I. P. Clark, E. R. C. Draper a kol. Subsurface Probing in Diffusely Scattering Media Using Spatially Offset Raman Spectroscopy. Appl. Spectrosc. 59, 393 (2005).
• S.J. Choquette, E. S. Etz, W.S. Hurst a kol. Relative Intensity Correction of Raman Spectrometers: NIST SRMs 2241–2243 for 785 nm, 532 nm, and 488.5 nm Excitation. Appl. Spectrosc. 61(2), 117–129 (2007).
• P. Matousek, E. R. C. Draper, A. E. Goodship a kol. Noninvasive Raman Spectroscopy of Human Tissue In Vivo. Appl. Spectrosc. 60, 758–763 (2006).
• X.-F. Ling, Y.-Z. Xu, S.-F. Weng a kol. Investigation of Normal and Malignant Tissue Samples from the Human Stomach Using Fourier Transform Raman Spectroscopy. Appl. Spectrosc. 56, 570–573 (2002).