La storia
La spettroscopia Raman è una tecnica di spettroscopia molecolare non distruttiva, nata a partire dalle osservazioni sperimentali sulla diffusione della luce che, nel 1930, valsero al fisico indiano C.V. Raman il premio Nobel per la fisica.
Per la prima trattazione teorica dell’effetto Raman si dovette però aspettare il 1934 per opera del fisico ceco George Placzek: da quel momento in poi, il continuo sviluppo degli studi, ha condotto all’ottimizzazione della tecnica e alla realizzazione della strumentazione che conosciamo oggi.
Di che cosa si tratta
Si tratta di una tecnica in grado di fornire risposte immediate senza necessitare di particolari condizioni per la sua esecuzione, ossia anche in situ, in grado di identificare con assoluta certezza i materiali anche attraverso l’imballaggio.
Così come la spettroscopia FTIR, anche la spettroscopia Raman sfrutta l’interazione della luce tramite un processo di diffusione con la materia (detto scattering) per ricavare informazioni sulle caratteristiche di un materiale e sulla sua struttura molecolare ma, mentre la spettroscopia a infrarossi si basa sull’assorbimento della luce, la spettroscopia Raman fornisce informazioni sulle interazioni intra- e intermolecolari.
Eccitando un campione con un laser attraverso uno spettrometoro Raman portatile, una piccola parte di questa luce subisce una “dispersione anelastica” (nota anche come dispersione Raman o effetto Raman). Il segnale di ritorno viene ricevuto e letto dal rivelatore, restituendo quello che viene definito lo spettro Raman. Il risultato è uno spettro che contiene le specifiche vibrazioni della molecola, composto da una serie di picchi che restituiscono le specifiche caratteristiche della struttura molecolare del campione. Lo spettro Raman di ogni composto è unico e funge da “impronta digitale” della materia, permettendo di identificare con assoluta certezza il tipo di sostanza sottoposta ad analisi e fornendo al contempo ulteriori preziose informazioni relative a frequenze inferiori per condurre un’immediata identificazione positiva del campione.
A chi si rivolge
Essendo una tecnica estremamente versatile, la spettroscopia Raman portatile si presta per numerosi settori industriali, andando dalla ricerca scientifica ai controlli di anticontraffazione, dal momento che sono gli strumenti ideali per l’analisi di campioni potenzialmente pericolosi poiché, a differenza di altre tecniche di rilevamento, consentono di eseguire l’analisi anche attraverso il materiale di imballaggio senza dover manipolare il campione, riducendo così al minimo il rischio di esposizione dell’operatore.
Inoltre chimica farmaceutica, cosmetologia, biotecnologie, controlli doganali, individuazione in sicurezza di droghe, esplosivi e altre sostanze pericolose, indagini forensi, analisi e prove su materiali polimerici, ricerca universitaria, sono solo alcuni dei settori nei quali la sua applicazione può portare significativi vantaggi.
Infine, si rivolge anche al settore dei Beni Culturali e dell’archeometria grazie alle sue caratteristiche di tecnica non distruttiva e non invasiva che consente di effettuare analisi su molti materiali di interesse per il Patrimonio Culturale in situ, senza vincoli di ingombro e su oggetti inamovibili per identificare, tra le altre cose, la composizione e la datazione di pigmenti pittorici, materiali, minerali.
Nuove frontiere grazie alla tecnologia
con Laser a 1064 nm
Gli spettrometri Raman portatili “classici”, sono stati tradizionalmente sviluppati utilizzando un laser a 785nm, una lunghezza d’onda nota per generare forti interferenze di fluorescenza del campione nel caso in cui si cerchi di analizzare materiali colorati. Per questa problematica riscontrata nei dispositivi portatili, l’uso di tali sistemi è stato a lungo relegato all’identificazione di polveri bianche e liquidi chiari tra cui rientrano principalmente i composti farmaceutici o di laboratorio: un grossissimo limite che consentiva di sfruttare le potenzialità della spettroscopia Raman portatile solo in minima parte, non permettendo di analizzare materiali attraverso imballaggi colorati, materiali caratterizzati da impurità da processi sintetici grezzi o da pigmenti e coloranti aggiunti intenzionalmente.
I nostri spettrometri Raman portatili sono realizzati dall’azienda internazionale produttrice di strumentazione scientifica, analitica e industriale Rigaku, che si distingue per la realizzazione di strumentazione dotata di un potente Laser ad eccitazione 1064nm che consente di ottenere prestazioni superiori rispetto ad altri spettrometri Raman portatili, in grado di minimizzare con successo l’interferenza di fluorescenza indotta dal campione.
Alcuni esempi di analisi che possono essere eseguite:
- Uso della Tecnologia 4C per l’identificazione di sostanze sconosciute come esplosivi o altre droghe illecite
- Identificazione asettica dei polisorbati
- Screening di sicurezza
- Identificazione di terreni di coltura cellulare
- Identificazione di Fentanyl
E inoltre
- Analisi di integratori alimentari, nutraceutici e delle loro materie prime
- Rilevazione di agenti di guerra chimica
- Identificazione di materiali a base di erbe e altri prodotti naturali
- Idenfiticazione di sostanze pericolose in prodotti e oggetti di uso domestico
- Identificazione degli eccipienti farmaceutici
Identificazione di
- Nuove sostanze psicoattive
- Materie prime nei cosmetici
- Rilevazione in situ di medicinali e prodotti sanitari contraffatti
- Sali agenti ossidanti persolfati
Approfondimento
CONFRONTIAMO LA SPETTROSCOPIA FT-IR E RAMAN NELL’IDENTIFICAZIONE DEI PRODOTTI CHIMICI IN APPLICAZIONI DI DIFESA E SICUREZZA
Un’identificazione corretta e tempestiva di sostanze e composti chimici è fondamentale per garantire la sicurezza. In questo lavoro è stato condotto un confronto tra le due tecniche, eseguendo una serie di test su un insieme di sostanze chimiche considerate di particolare interesse nelle applicazioni di controllo e sicurezza.
La spettroscopia infrarossa FT-IR e Raman sono entrambe comprovate tecniche che sfruttano l’interazione della luce per identificare una varietà di sostanze chimiche e composti in numerose industrie. A volte utilizzate come tecnologie complementari, ognuna fornisce differenti vantaggi. Tuttavia, nelle applicazioni di sicurezza, la FT-IR è stata spesso considerata la più efficace e tecnicamente superiore ai fini dell’identificazione o della verifica dei materiali rispetto alla spettrometria Raman.
Ciò si deve principalmente al fatto che per questi studi erano stati condotti utilizzando spettrometri Raman con laser a 785 nm.
Per tale ragione, sono stati condotti dei nuovi studi per confrontare nuovamente i risultati ottenuti con un Raman 785nm e l’analizzatore Raman Progeny ™ ResQ ™ 1064nm con i risultati ottenuti grazie alla FT-IR.
Lo studio comprendeva analisi di sostanze chimiche domestiche comuni, in particolare quelle vendute come beni di consumo ma spesso anche utilizzati come materie prime per la fabbricazione di sostanze pericolose nei laboratori clandestini. Di per sé si tratta di prodotti innocui ma che, se combinati per produrre altri composti, possono rappresentare una concreta minaccia.
Per tale ragione sono stati selezionati vari tipi di sostanze chimiche, con particolare attenzione per i materiali considerati più adatti per essere sottoposti ad analisi FT-IR.
Sono stati valutati circa 60 materiali tra cui acidi, prodotti da banco (OTC), carburanti, di derivazione biologica o proteica, sali organici e inorganici, così come una serie di prodotti chimici che si possono comunemente trovare nelle nostre case.
RISULTATO
L’insieme di sostanze chimiche più semplice da identificare con entrambe le tecniche sono le piccole molecole organiche come paracetamolo, etanolo e altri solventi organici e prodotti farmaceutici attivi, sostanze chimiche o precursori chimici di principi attivi. Questi tipi di sostanze chimiche non rappresentano alcun problema per nessuna delle due tecniche analitiche in quanto tendono ad essere sistemi molecolari a catena corta, molecole più piccole o poiché contengono gruppi laterali polari e più centri di simmetria e spesso contengono anche sistemi di elettroni delocalizzati che li rendono facili da polarizzare. Pertanto, sia mediante la FT-IR che il Raman, si ottengono spettri ragionevoli e riproducibili caratterizzati da picchi intensi e forti.
Al contrario, i materiali biologici e proteici sono stati il gruppo più difficile da identificare.
Per questo gruppo la risposta più consistente è stata ottenuta grazie alla NIR (spettroscopia vicino infrarosso), seguita da quella ottenuta con uno Raman a 1064 nm. Gli spettri FT-IR invece, tendevano ad essere poco leggibili mentre, con il Raman a 785 nm, non sono stati trovati spettri utilizzabili a causa di problemi estremi di fluorescenza del campione.
Tale studio ha quindi confermato come, in questi casi, il Raman portatile a 1064 nm (con la conseguente fluorescenza inferiore) è stato in grado di produrre utili e spettri riproducibili al pari, se non in alcuni casi migliori, della tecnilogia FT-IR.
