Source: https://www.guialab.com.ar/notas-tecnicas/aprovechando-todo-el-potencial-de-la-espectroscopia-raman/
Timestamp: 2020-06-01 09:07:47+00:00

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Aprovechando todo el potencial de la espectroscopía Raman – guíalab
Analizadores Raman de mano y el beneficio del escaneo orbital (ORS)
En los últimos años, el desarrollo técnico y la miniaturización de sistemas portátiles Raman han allanado el camino para la técnica analítica, entonces relativamente desconocida: hoy en día, la espectroscopía Raman portátil representa un análisis o identificación rápida, fácil y no destructivo de sustancias químicas.
El aumento del área de muestreo mediante la implementación de la técnica Orbital-Raster-Scan (ORS, por sus siglas en inglés), sin comprometer la resolución espectral, ha hecho posible que incluso los dispositivos portátiles de mano puedan determinar muestras heterogéneas de manera fiable en cuestión de segundos.
La espectroscopía Raman se basa en la dispersión inelástica de la luz en una muestra. Cada sustancia tiene una huella dactilar espectral única que es una combinación de posiciones e intensidades máximas. El espectro está repleto de información, no solo sobre la composición de la muestra, sino también sobre las concentraciones de sus constituyentes, ya que son directamente proporcionales a la intensidad del espectro.
La espectroscopía Raman se desarrolló en la década de 1930, pero solo pudo establecerse como una técnica analítica común cuando surgieron los láseres en la década de 1960. Sus primeros días estuvieron marcados por grandes monocromadores y por los láseres primitivos de la época, según los estándares actuales. En ese entonces, los equipos voluminosos implicaban un tiempo de adquisición más largo. Gracias a los avances en la tecnología láser, estos obstáculos se han superado desde entonces. Sin embargo, mientras que la espectroscopia Raman estaba ocupada superando sus problemas iniciales, también se desarrollaron los requisitos del mercado para la técnica. La velocidad, la facilidad de uso, la flexibilidad y la reproducibilidad son hoy más importantes que nunca, no solo en los sistemas de sobremesa, sino también en los dispositivos Raman de mano.
La mayoría de los sistemas Raman portátiles y de mano en el mercado utilizan técnicas de muestreo estrechamente relacionadas, que se caracterizan por un único rayo láser estático que da como resultado un área de análisis fija, extremadamente pequeña. Las principales ventajas de este diseño son su bajo consumo de energía, los modestos requisitos de espacio del hardware subyacente y la alta resolución espectral que permite la identificación de una multitud de compuestos en una sola medición.
Topándose con obstáculos
En las condiciones en que se han desarrollado los instrumentos portátiles, esta técnica de muestreo tiene problemas. Las muestras a menudo heterogéneas requieren un área de análisis grande porque esto permite que los dispositivos capturen una imagen representativa de la composición de muestra. Sin embargo, simplemente ampliar el diámetro del haz no funcionará: la apertura más grande requerida comprometería la resolución espectral.
Además, el enfoque láser estrecho produce una alta densidad de potencia, lo que resulta en una acumulación localizada de calor en la muestra que puede dañarse. Esto se observa principalmente en materiales oscuros.
La solución a ambos problemas mencionados anteriormente es la técnica Orbital-Raster-Scan (ORS, por sus siglas en inglés) con los que los espectrómetros MIRA (Metrohm Instant Raman Analyzer) están equipados. Al dejar que el láser recorra un área más grande de la muestra, la tecnología ORS mejora el área de escaneo sin comprometer la resolución espectral. El espectro resultante es un promedio de varias mediciones que se toman en diferentes puntos durante el barrido (figura 1). Comparado con los espectrómetros clásicos, la tecnología ORS proporciona espectros virtualmente congruentes que conducen a una mayor precisión de medición y reproducibilidad: los análisis se vuelven más confiables. A medida que se reduce la intensidad promedio del láser por área de superficie, también se minimiza el riesgo de un posible daño a la muestra.
Fig. 1: Los espectrómetros dispersivos usan un haz muy enfocado (arriba), lo que resulta en una alta resolución espectral, pero los componentes en muestras heterogéneas pueden pasarse por alto por completo. El simple ensanchamiento del rayo daría como resultado una pérdida de resolución espectral (centro). La técnica Orbital-Raster-Scan (ORS), (abajo) explora un área de muestra más grande y, por lo tanto, es más probable que capture componentes de muestra dispersos. Mientras tanto, mantiene la alta resolución espectral que se requiere para la identificación del analito.
Cuando se analizan muestras complejas, los beneficios del escaneo de área extensa se vuelven más obvios. El análisis de medicamentos es un caso así: los productos farmacéuticos son mezclas de excipientes e ingredientes farmacéuticos activos (API) en proporciones cuidadosamente controladas. Los medicamentos efervescentes para el resfrío, por ejemplo, contienen tres API diferentes: aspirina para aliviar el dolor, maleato de clorfeniramina como antihistamínico y bitartrato de fenilefrina como descongestionante. En el contexto del control de calidad, en teoría, la espectroscopía Raman es una forma rápida y efectiva de determinar los ingredientes activos en tabletas. Pero dado el pequeño diámetro del haz de la mayoría de los sistemas Raman y el pequeño tamaño de partícula de los API (aproximadamente 257 μm, en promedio), el análisis de los ingredientes activos es, por el contrario, lento y difícil: se requieren varias medidas para analizar una superficie representativa, incluso para muestras homogéneas. Usando la tecnología ORS, donde se escanea un área de aproximadamente 3 mm de diámetro, los nuevos espectrómetros pueden capturar los API en un solo análisis, aprovechando así el potencial completo de la espectroscopía Raman.
ORS aumenta la reproducibilidad
Al reunir los espectros de diferentes puntos de la muestra, la exploración en forma de trama orbital aumenta la reproducibilidad de las mediciones. Al comparar los espectros Raman de los API en un medicamento efervescente para el resfrío que se registraron con y sin ORS, se puede observar este aumento.
Las tabletas efervescentes de resfrío se analizaron directamente con un dispositivo MIRA sin ninguna preparación de muestra y en modo “apuntar y disparar”. Se eligió el mismo tiempo de integración para mediciones con y sin ORS. Para cada modo, se adquirieron 15 espectros de ubicaciones aleatorias en la superficie de la muestra. Los diagramas de los espectros se pueden ver en las figuras 2 y 3. Estas representaciones 3D ilustran cómo escanear áreas más grandes mejora la reproducibilidad y, por lo tanto, ahorra mucho tiempo al usuario: al promediar los 15 espectros medidos sin ORS y comparar el resultado con un solo espectro que se registró con ORS, se obtiene una coincidencia casi perfecta (HQI = 0,99; figura 4). Una sola medición de ORS puede reemplazar hasta 15 espectros.
Fig. 2: Los 15 espectros Raman que se muestran aquí se registraron en ubicaciones aleatorias en una sola muestra sin ORS. Aunque los picos se observan en las mismas posiciones, las intensidades varían.
Fig. 3: Como en la figura dos, los 15 espectros que se muestran aquí se midieron en ubicaciones aleatorias en una sola muestra. Sin embargo, en esta medición, se utilizó ORS tomando muestras de un área de 3 mm de diámetro. Los espectros son visiblemente congruentes.
Fig. 4: Esta superposición de un solo espectro tomado con ORS (verde) y el promedio de más de 15 espectros medidos sin ORS (rojo) muestra que las curvas coinciden casi perfectamente.

References: resolución 
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