Efficient mitigation of fluorescence in Raman spectroscopy using SSE

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je nezastupitelnou technikou pro materiálovou identifikaci a kvantifikaci ve farmacii, chemickém i potravinářském průmyslu. Hlavní překážkou v praxi je intenzivní fluorescenční pozadí, které přehlušuje slabý Ramanův signál a kompromituje spolehlivost výsledků. Efektivní odstranění fluorescence je proto klíčové pro přesné a reprodukovatelné analýzy přímo v terénu.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje vývoj a implementaci patentované metody Sequentially Shifted Excitation (SSETM) v přenosném Ramanově spektrometru BRAVO od firmy Bruker. Cílem je demonstrovat, jak SSETM automaticky rozlišuje a eliminuje fluorescenční signál, čímž umožňuje získat čisté spektrum Ramanova záření v laboratorních i polních podmínkách.

Použitá metodika a instrumentace

SSETM pracuje tak, že se během měření sekvenčně mění vlnová délka excitačního laseru. Ramanovy signály se na detektoru posouvají v závislosti na změně vlnové délky, zatímco konstantní pozadí (fluorescence) zůstává na místě. Algoritmus pak extrahuje pouze „pohyblivé“ komponenty spektra, tedy skutečný Ramanův signál.

• Přístroj: BRAVO handheld Raman, Class 1M laser safe.
• Laser: měnící se vlnové délky pro sekvenční excitační kroky.
• Detektor a spektrální software s SSE algoritmem.

Hlavní výsledky a diskuse

Ukázky měření talcu v polyetylenovém obalu prokázaly, že po aplikaci SSETM mizí široké fluorescenční pozadí a zůstávají ostré Ramanovy linie odpovídající minerálu. Příklad se sodnou alginátem demonstroval, že intenzivní fluorescenční signál při 785 nm excitaci lze kompletně potlačit, aniž by došlo ke ztrátě jemných rysů pásů. Ve srovnání s konvenčním postupem bez SSETM se významně zvyšuje citlivost a jednoznačnost identifikace.

Přínosy a praktické využití metody

SSETM v přenosném spektrometru BRAVO přináší:

• Okamžité odstranění fluorescenčního pozadí bez manuálního vyrovnávání baseline.
• Vysokou citlivost i při použití laserů kolem 785 nm, aniž by byla nutná přechod na méně účinné 1064 nm lasery.
• Robustní identifikaci stopových a kontaminujících látek díky zachování polohy a tvaru Ramanových pásů.
• Jednoduchý provoz s automatizovaným workflow vhodným pro rychlé analýzy v terénu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Ve vývoji je rozšíření SSETM o širší spektrální rozsahy a kombinaci s dalšími technikami (např. SERS, NIR), což umožní analýzu komplexních matric v životním prostředí, biomedicíně či výrobních procesech. Dále se očekává integrace strojového učení pro automatizovanou interpretaci a vyhodnocení získaných spekter.

Závěr

Patentovaná metoda SSETM implementovaná v přenosném Ramanově spektrometru BRAVO účinně odstraňuje interferenční fluorescenci a zajišťuje vysokou citlivost i reprodukovatelnost měření. Tento přístup otevírá nové možnosti pro rychlou a jednoznačnou identifikaci materiálů přímo v terénu.

Reference

1. S. Assi, Identification of counterfeit drugs using dual laser handheld Raman, Eur. Pharm. Rev. 20, 20 (2015)
2. Product Note T30: BRAVO - Accuracy is crucial: The starting point for a robust transfer of methods
3. J. B. Cooper et al., Sequentially Shifted Excitation Raman Spectroscopy: Novel Algorithm and Instrumentation for Fluorescence-Free Raman Spectroscopy in Spectral Space, Appl. Spectrosc. 67, 973 (2013)
4. J. B. Cooper et al., Spatially compressed dual-wavelength excitation Raman spectrometer, Appl. Opt. 53, 3333 (2014)
5. J. Kauffmann et al., Spectral Preprocessing for Raman Library Searching, Amer. Pharm. Rev. 14 (2011)