O crescente mercado de analisadores raman portáteis apresenta muitas inovações
Um cientista analítico de uma certa idade reagirá com perplexidade ao termo “espectrômetro Raman portátil”. No entanto, graças a desenvolvedores pequenos e inovadores, o mistério de Raman tornou-se uma força que, combinada com os avanços em eletrônica, óptica e computação, é especialmente adequada para formatos portáteis.
O mercado portátil Raman está lotado. Alguns especialistas em espectroscopia, como a Ocean Optics (Largo, FL), esperaram à margem pela oportunidade certa, que aparentemente chegou. A Ocean Optics está planejando introduzir um instrumento Raman portátil para detectar produtos químicos desconhecidos em pós, líquidos e géis. “O dispositivo será simples o suficiente para usuários iniciantes operarem, mas sofisticado o suficiente para avaliação de ameaças de drogas, produtos químicos e explosivos perigosos”, diz Rob Morris, diretor de marketing.
Morris explica a atração do Raman: “Embora os espectros Raman sejam de intensidade muito baixa, eles sondam a estrutura molecular de forma tão eficaz quanto o infravermelho, mas com maior facilidade de uso e versatilidade, e a um custo menor. Em comparação com IR ou FTIR, os espectros Raman normalmente têm menos picos e mais estreitos, o que facilita a resolução de compostos em uma mistura. Os espectros IR são facilmente inundados por linhas de absorção de água, mas os espectros Raman não são.”
Além disso, como a intensidade do sinal Raman é diretamente proporcional à potência média do laser, a maior quantidade de sinal Raman é gerada no foco do laser. Isso pode ser útil para sondar uma amostra dentro de um saco plástico transparente ou frasco sem abrir a embalagem, como um rastreador pode querer fazer em um ponto de verificação de segurança.
Raman tornou-se mais acessível e acessível com o surgimento de lasers e fontes de alimentação portáteis e de baixo custo, além de espectrômetros baseados em matriz CCD de alta sensibilidade para detecção, diz Morris.
Segurança, integridade da cadeia de suprimentos e interdição de substâncias perigosas são os principais impulsionadores do Raman portátil. “O mundo pode ser um lugar perigoso, e as pessoas lá fora, cuja responsabilidade é nos manter seguros, estão travando uma batalha contínua para frustrar os maus atores”, explica Morris. “O Raman portátil pode ajudar a combater a maré crescente de atividades perigosas envolvendo narcóticos, explosivos e produtos químicos”, diz Morris.
Muitas indústrias, incluindo alimentos, agricultura, produtos farmacêuticos e materiais, também precisam de análises rápidas e confiáveis de produtos químicos e ingredientes para controle de qualidade, segurança e autenticação.
CONSTRUINDO SOBRE O SUCESSO
O sucesso do Raman portátil inspirou os fabricantes a desenvolver os recursos das primeiras unidades, geralmente para aplicações específicas. O espectrômetro Progeny™ da Rigaku (The Woodlands, TX) é típico de um instrumento Raman portátil para todos os fins e com capacidade de rede que, com o software CompleteID proprietário, fornece respostas rápidas sim/não para identificação de materiais de rotina. Como o próprio nome indica, o Progeny ResQ da Rigaku é comercializado para socorristas e equipes de emergência preocupados com a presença de drogas, explosivos e venenos. A aplicação da lei estará interessada no Progeny ResQ FLX, um analisador de narcóticos portátil, que possui uma biblioteca padrão de mais de 1.000 agentes de corte e narcóticos. No final de 2017, Rigaku adicionou um item de biblioteca para fentanil aos instrumentos Progeny ResQ.
Da mesma forma, a BWTEK (Newark, DE) oferece uma linha de três espectrômetros Raman portáteis, cada um cobrindo um nicho ou domínio específico de aplicações. O NanoRam® é um dispositivo de uso geral, versátil o suficiente para uso no laboratório, no armazém, nas docas de carga ou no campo. O TacticID®–GP realiza análises forenses sem contato por pessoal de segurança, socorristas, polícia, alfândega e patrulha de fronteira, técnicos de materiais perigosos e esquadrões antibombas. Com sua biblioteca de mil entradas, o TacticID®–N é comercializado para análise rápida de suspeitas de drogas legais e ilícitas, precursores e agentes cortantes.
A SciAps (Woburn, MA) distingue sua linha de instrumentos Raman portáteis com base no manuseio de amostras com alto nível de fluorescência. Seu modelo básico, o Inspector 300, é carregado como uma lancheira, com a sonda saindo da frente. A classe Inspector 500 de Raman usa excitação Raman de comprimento de onda mais alto (através de um laser de 1030 nm) para amostras contendo moléculas complexas ou níveis de impurezas que são desafiadores para o Inspector 300. O SciAps Inspector Scope se conecta a um microscópio e uma câmera digital.
A TSI (Shoreview, MN) oferece uma linha completa de instrumentos Raman portáteis e de bancada, incluindo os analisadores portáteis EZRAMAN-I e EZRAMAN-NP, o analisador químico portátil de amplo alcance ASSURx® (para pós, orgânicos e líquidos) e o Portátil POLYMAX™ para identificação de plásticos em tempo real.
POLYMAX identifica plásticos claros e escuros na forma de rolos, fardos, folhas, flocos e pellets. O ASSURx oferece mais flexibilidade na análise de matérias-primas, incluindo capacidade de construção de biblioteca (transferível entre unidades), conectividade direta a redes para arquivamento de dados e conformidade com cGMP 21 CFR Parte 11, USP 1120 e EP 2.2.48.
Embora a Horiba Scientific (Edison, NJ) não venda um espectrômetro Raman portátil, sua linha de analisadores Raman OEM miniatura atende a muitos dos objetivos da filosofia “Raman em qualquer lugar”. Na verdade, um desses produtos chama-se AnywhereRaman™. Esses espectrômetros totalmente equipados, voltados para aplicações industriais, requerem uma fonte de alimentação ou tomada elétrica, mas são compactos – um produto componente Raman, o espectrômetro Raman Miniatura, mede apenas 64 x 89 x 32 mm (2,5 x 3 x 1,3 polegadas). AnywhereRaman, que é portátil e mais um dispositivo autônomo, vem em 9,8 x 9,8 x 3 polegadas.
A Renishaw (Gloucestershire, Reino Unido) também vende pequenos dispositivos OEM Raman sob o slogan “adicionando análise Raman ao seu produto”.
A NECESSIDADE É A MÃE DA INOVAÇÃO?
Em julho de 2017, a Agilent Technologies adquiriu a Cobalt Light Systems, especialista em Raman, que expandiu a presença da Agilent no Raman portátil. A nova linha de instrumentos da Agilent inclui RapID, para identificação de materiais e produtos dentro de recipientes e embalagens. O RapID usa espectroscopia Raman espacialmente deslocada (SORS), que é adequada para a identificação não invasiva de matérias-primas localizadas abaixo ou dentro de embalagens não transparentes, por exemplo, drogas (legais e ilegais), explosivos e ingredientes.
O espectrômetro Raman portátil RapID da Agilent verifica a identidade das matérias-primas sem as etapas logísticas e de manuseio de movimentação, abertura e amostragem.Na iluminação Raman convencional e a luz de coleta é coincidente, então o material do recipiente domina o espectro. Ao compensar espacialmente essa excitação e coleta, o RapID gera um espectro com maior contribuição Raman do conteúdo. A subtração do sinal não-offset do espectro SORS fornece um espectro limpo do conteúdo.
O RapID corrige uma ampla variedade de embalagens, independentemente do tipo e espessura do material da embalagem e da forma física dos sólidos e líquidos de teste. “Onde o contêiner é fino e transparente, o RapID se comporta como um sistema Raman convencional muito eficiente”, diz Matthew Bloomfield, PhD, gerente de vendas da Agilent para espectroscopia Raman.
Voltado para a indústria farmacêutica, o RapID verifica a identidade de uma matéria-prima comparando o espectro SORS da amostra com o de uma referência validada e verificada e usa uma tela de aprovação/reprovação para indicar se os espectros correspondem, com base em um nível de confiança predeterminado.
O Raman é ideal para verificar materiais a granel, mas o SORS pode ser bastante sensível aos componentes, como demonstrou recentemente uma colaboração de pesquisa sediada no Reino Unido (incluindo o Scotch Whisky Research Institute de Edimburgo). Atentos ao uso generalizado de adulterantes em produtos de alto valor, os pesquisadores avaliaram o Raman portátil baseado em SORS para detectar marcadores químicos de álcool falsificado (por exemplo, não potável) em vários destilados.
A inovação técnica em Raman se estende a como os instrumentos exploram o próprio efeito Raman. Por exemplo, a linha Mira de dispositivos Raman portáteis da Metrohm (Riverview, FL) é baseada em varredura orbital raster (ORS).
Comercializado para a indústria farmacêutica, o instrumento Mira M-3 é otimizado para identificação de matérias-primas usando métodos de coleta de dados facilmente personalizados e está em conformidade com a FDA 21 CFR Parte 11; o Mira DS é um analisador totalmente automatizado que inclui uma biblioteca de espectros de explosivos, precursores e narcóticos, com análise de mistura a bordo.
Com ORS, o feixe de laser não é estático, mas se move em um movimento circular, coletando espectros de uma área, o que torna os resultados mais confiáveis e oferece uma vantagem de amostragem para materiais heterogêneos.
O Metrohm Mira DS e acessórios (no sentido horário a partir da esquerda) – telescópio distanciador, padrão de calibração, adaptador universal, contato BallProbe® e adaptador de ângulo reto.“O ORS existe desde 2010 e foi implementado em alguns analisadores de laboratório”, diz Adam Hopkins, PhD, gerente de produto de espectroscopia da Metrohm. “Mas sua força está nas medições de campo. Em vez de se concentrar em um único ponto de 250 mícrons de diâmetro, o ORS varre um círculo de 250 mícrons de espessura e 2,5 milímetros de largura, o que fornece uma medição mais representativa da amostra em comparação com um analisador não ORS.”
Esse recurso fornece uma avaliação mais precisa de amostras que são misturas ou compostas de diferentes tamanhos de granular.
“No laboratório, você pode mover a amostra para obter essas vantagens. No campo você não tem esse luxo”, acrescenta Hopkins.
DIMINUINDO A LACUNA DE DESEMPENHO
Durante os primórdios dos instrumentos portáteis, os compromissos entre desempenho e portabilidade eram reconhecidos como um dado adquirido. Graças aos avanços na computação e na óptica, a diferença de desempenho diminuiu a ponto de os instrumentos analíticos portáteis não serem tão ruins quanto se acreditava há pouco tempo, e os instrumentos de laboratório (em comparação) não são muito melhores em relação aos portáteis.
De acordo com Rob Morris da Ocean Optics, os compromissos que se poderia esperar de instrumentos portáteis estão de fato desaparecendo. “Lasers, ótica de amostragem e detectores se tornaram mais sofisticados. Mas, mais importante, a modelagem Raman e o desenvolvimento de algoritmos levaram à montagem de milhares de bancos de dados de espectros Raman, para entender melhor os dados Raman que surgem da medição de várias amostras. Essas análises transformam meras medições em respostas.”
“Raman não é mágica. Não viola as leis da física”, diz Adam Hopkins, da Metrohm. “Mas é uma técnica de detecção ativa e de espalhamento que é robusta e fornece informações moleculares muito claras. Você explode o laser e talvez um milionésimo dos fótons retornam ao detector com informações Raman, mas eles são claros e estreitos e não precisam das correções que você aplica para dispersão de IR. Basta apontar o laser e obter uma resposta de volta.”
