Quantitative Analysis of Solutions Using a High Resolution Portable Raman Spectrometer

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je rychlá a neinvazívní technika umožňující identifikaci molekul a kvantifikaci látek přímo v roztocích. Díky schopnosti měřit vodné vzorky hraje klíčovou roli v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, kde se sleduje obsah cukrů, aktivních složek nebo znečišťujících látek.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout kvantitativní model pro stanovení koncentrací glukózy, fruktózy a sacharózy v terciálních vodných směsích. Studie využila přenosný Ramanův spektrometr i-Raman Plus a chemometrický software BWIQ pro tvorbu kalibračních křivek a ověření predikční výkonnosti.

Použitá metodika a instrumentace

• Spektrometrie Ramanem: přístroj i-Raman Plus s excitační vlnovou délkou 785 nm a výkonem cca 300 mW
• Vzorky: 31 standardních roztoků s celkovou koncentrací cukrů 0,4 mol·L⁻¹ ve dvojitém opakování (62 spekter)
• Sběr dat: spektrální rozsah 176 až 3200 cm⁻¹, integrační čas 50 s, měření skrz skleněné nádobky pomocí vláknové sondy
• Software BWIQ: PLSR (PLS1), PCA, SVM a airPLS pro vyhodnocení vztahů spektra a koncentrace

Hlavní výsledky a diskuse

Byl vytvořen třífaktorový PLS model pro každou složku cukrů ve spektrálním rozsahu 250–1500 cm⁻¹. Pro glukózu model vykázal koeficient determinace R2 > 0,999 a chyby RMSEC i RMSEP pod 0,008 mol·L⁻¹. Ověřovací sada ukázala přesné predikce koncentrací i u vzorků mimo kalibraci.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a spolehlivá kvantifikace cukrů v roztocích bez nutnosti složité přípravy vzorků
• Přenosnost přístroje i-Raman Plus umožňuje měření přímo na místě analýzy
• Multikomponentní modely usnadňují monitoring složitých směsí v potravinářské kontrole a biotechnologii

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace umělé inteligence pro automatizované zpracování a interpretaci spekter
• Rozšíření aplikací na sledování metabolitů v bioprocesu a farmaceutické kontrole kvality
• Vývoj přenosných multimodálních zařízení kombinujících Raman a další spektroskopické metody

Závěr

Studie prokázala, že přenosný Ramanův spektrometr i-Raman Plus ve spojení s chemometrií BWIQ poskytuje vysoce přesné kvantitativní analýzy cukrů v terciálních vodných směsích. Metoda je vhodná pro rychlou kontrolu kvality i výzkumné aplikace v terénu.

Reference

Pelletier MJ Applied Spectroscopy 57 20A-42A 2003
BWIQ User Manual B W Tek 2019