Enhancement of Raman intensity for the detection of fentanyl

Význam tématu

Fentanyl je extrémně potentní syntetický opioid, jehož předávkování vede k těžkým zdravotním následkům a úmrtím. Rychlá a spolehlivá detekce na nízkých koncentracích je proto klíčová pro forenzní i klinickou analýzu. Kombinace elektrochemie a Ramanovy spektroskopie (EC-SERS) umožňuje dosáhnout vysoké citlivosti a selektivity, což přispívá k boji proti nelegálnímu obchodu s fentanylem.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vytvořit jednoduchý a rychlý protokol pro screening fentanylu založený na EC-SERS se screen-printed elektrodami (SPEs). Studie porovnávala zlaté (220BT) a stříbrné (C013) SPEs a optimalizovala elektrochemickou aktivaci povrchu pro generaci nanočástic s výrazným SERS efektem. Výsledky byly ověřeny kvantifikací charakteristického Ramanova pásu^{1000 cm⁻¹} pro nízké koncentrace analytu.

Použitá metodika

• Elektrochemická aktivace SPEs pomocí cyklické voltametrie vedoucí k oxidaci a následné redukci zlatého nebo stříbrného povrchu.
• Generace kovových nanočástic (Au, Ag) přímo na elektrodách pro zesílení Ramanova signálu.
• SERS měření s excitací laserem 785 nm v pufru obsahujícím fentanyl.
• Kvantifikace sledováním intenzity pásu kolem 1000 cm⁻¹ a sestavení kalibrační křivky v rozmezí 1×10⁻⁶ až 1×10⁻⁵ mol/L.

Použitá instrumentace

• SPELEC RAMAN instrument (785 nm laser, bipotenciostat/galvanostat, spektrometer 787–1027 nm)
• Ramanová sonda pro 785 nm laser
• Spektroelectrochemická cely pro screen-printed elektrody
• Zlaté SPE (ref. 220BT) a stříbrné SPE (ref. C013)
• Software DropView SPELEC pro synchronizované získávání elektrochemických a optických dat

Hlavní výsledky a diskuse

EC-SERS protokol umožnil detekci fentanylu v mikromolárních koncentracích. Tvorba Au a Ag nanočástic na SPEs výrazně zvýšila intenzitu Ramanova signálu. Nejintenzivnější pás se objevil u ~1000 cm⁻¹, přičemž zlaté a stříbrné substráty vykázaly rozdílné spektrální vzorce odpovídající odlišným vazebným modům molekuly. Kalibrační křivka se zlatými SPEs pro koncentrace 0,33–3,37 μg/mL dosáhla vynikající linearity (R²=0,997).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlou, citlivou a jednoduchou detekci fentanylu bez složité přípravy vzorku. Kompaktní přístrojové řešení a jednorázové elektrody umožňují mobilní nasazení v terénu. Pro forenzní laboratoře představuje efektivní nástroj pro screening a kvantifikaci fentanylu v kontrolovaném i nelegálním prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj nových kovových a hybridních substrátů pro ještě vyšší citlivost a selektivitu.
• Integrace do přenosných detekčních zařízení pro rychlou analýzu na místě zásahu.
• Rozšíření metody o vícenásobné spektrální skeny pro rozlišení fentanylových analogů.

Závěr

Studie prokázala, že EC-SERS s použitím screen-printed elektrod je perspektivní metodou pro velmi citlivou a selektivní detekci fentanylu. Elektrochemická aktivace povrchu vedoucí k tvorbě kovových nanočástic poskytla výrazné zesílení Ramanova signálu a umožnila spolehlivou kvantifikaci v nízkých koncentracích. Metoda je vhodná pro forenzní i průmyslovou praxi.

Reference

• Ott C. E. et al. Forensic Identification of Fentanyl and Its Analogs by Electrochemical-Surface Enhanced Raman Spectroscopy (EC-SERS) for the Screening of Seized Drugs of Abuse. Frontiers in Analytical Science 2022.
• Wang L. et al. Surface Enhanced Raman Spectroscopy, Raman, and Density Functional Theoretical Analyses of Fentanyl and Six Analogs. Journal of Raman Spectroscopy 2019, 50(10):1405–1415.
• Leonard J. et al. SERS, Raman, and DFT Analyses of Fentanyl and Carfentanil: Toward Detection of Trace Samples. Journal of Raman Spectroscopy 2017, 48(10):1323–1329.