光谱分析在你的手中

作为一个团队检查的平板电脑藏在森林里,它不只是阳光过滤穿过树叶,照亮他们的调查。他们配备手持红外和拉曼光谱仪,他们迅速建立什么药他们处理。然后,减少到伊拉克,在那里,一个类似的武装爆炸物处理专家调查可疑包裹。

这些场景我想象我站在当地商店和一个火柴盒大小的国近红外(NIR)光谱仪,消灭(见水果和肉光谱学在家里盒)。虽然我在做什么似乎平凡的相比之下,从£25000 - +更高端的系统我预想的300美元(£230)新办消费设备我握着我的手是非凡的。这类设备的开发者已经化学分析实验室之外,让我们可能成为自己的法医的明星幻想。

红外和拉曼手持式光谱仪所有发光相似颜色的不可见光目标,他们不都是一样的,都是用户。法医科学家,药品质量监管机构,一个农民,一个士兵,或者仅仅是非常讲究食物的人,要求会有很大的不同。这些新工具是激发用户的想象力在许多领域,不断产生新的应用程序。

第一批用户配备便携式光谱仪甚至不是人类,他们远程机器人太空探测器寻找外星生命的迹象。其他先锋军事、狩猎爆炸物和生物武器,据罗伊Goodacre英国曼彻斯特大学的。这些要求与此同时收缩的光学技术由于智能手机,“非常具有挑战性的确只有几十年前的,Goodacre补充道。这种融合基础上,2015年至少有38个不同的手持红外和拉曼光谱仪的£25000 -£45000价格区间为他的团队调查。¹

便携式FirstGuard拉曼光谱仪在实验室里Sulaf Assi英国伯恩茅斯大学已经六岁,展示了成熟的市场。附近是一个容器装满钻石形的蓝色药丸,因为手持光谱学Assi调查处方药的启发,和揭露他们的假冒冒名顶替者。这些样本声称自己是性药物伟哥的援助,来自来源包括土耳其街头市场。

方便的数据

比较相似的药丸,Assi使用drill-shaped FirstGuard,由Rigaku从力量和一个新的布拉沃。都是拉曼光谱仪,但互补功能,与FirstGuard覆盖200 - 2000厘米¹波数范围,布拉沃两人跨越300 - 3200厘米¹。使用两个工具具有不同波长范围提供了更多的数据点,这使得它更容易区分真实和假药。

注意的好处,手持工具不需要磨碎,破坏了药丸,她发现这两个药丸含有枸橼酸西地那非,伟哥的活性成分。有时你得到更多的假货比称做正牌的Assi补充道,但这是一个问题,因为它引发了心脏病发作的风险。仪器照射的激光药片,与他们的探测器测量的光散射。药之一,由此产生的拉曼光谱有更强的信号为二氧化钛,用于药片的涂层。

仪器本身都可以比较光谱与参考库来识别简单的物质,但这并不总是足够如果假药丸包含正确的药物。Assi因此之前完成自己的数学分析,发现两个区域的光谱是至关重要的。当她从吸收块信号强度与枸橼酸西地那非在一个轴,和二氧化钛,正宗的样本聚集在一起,假药分散。,她总结说避孕药与较强的二氧化钛是真正的一个信号。

有时你得到更多的活性成分在假药比真实的版本

Assi比作所涉及的物理过程在分子拉曼光谱之间的争斗债券样本和光子击中它。在大多数情况下,没有人赢得了战斗,光子回来的,称为瑞利散射。但是一旦在数亿打架,其中一个确实赢了,从他们的对手需要能量,返回光子的颜色变化。传感器检测到的颜色变化,称为斯托克斯或anti-Stokes散射,根据能量转移的方向。

稀有的能量交换确保光谱与夏普,狭窄的吸光度信号来自碳碳或碳氧键。这是理想的,如果用户想识别特定分子。但拉曼散射的罕见也意味着浓度下5 - 10%由大众很难看到。低于这一水平可以使用表面增强拉曼光谱,在金属表面电浆行为小说光和增强信号。但在药物测试,通常包括与金属化合物混合平板银或金胶体,它破坏了平板电脑,Assi解释道。

吸收信息

Assi还使用近红外光谱学检查平板电脑。在近红外光谱,光被吸收而激动人心的分子振动和转动,提供更强大的比拉曼信号。她用它来看看物理性质如平板形状、颜色和水分含量。我们看到广泛的峰值,主要是氢键和氢原子和碳和氮之间的共价键,”她说。

面对食物的挫折时,他从以色列农场搬到美国,Dror沙龙同样选择了近红外光谱。他发现很难得到的食物始终匹配,成长在家里,因此在互联网上搜索一个小工具,可以评估食品质量。“我找不到任何东西,所以我决定去做一个,”莎朗说,现在电话Aviv-headquartered的首席执行官消费者的物理。的机会我的共同创始人,达米安·戈德林,看着不同的光学技术,我们可以开始一个公司。”

出现的是国新办分子传感器,利用云计算能力和微光学的前沿制造技术”,解释了沙龙。小设备通过蓝牙连接到智能手机,并使用其互联网连接比较理智,不断增长的巨大参考图书馆。比较涉及的分析算法,之前你不能做,除非你是一个训练有素的技术人员与一个非常大的机器”,他说。

我们正在补充分析化学家

国新办因此超过正常预期出现在食品分析检测组件质量浓度降至0.5%,莎朗断言。然而,它不能告诉用户关于可能存在的诸如农药残留在ppm (ppm)的水平。消费设备主要提供各项读数,如糖、脂肪、水和一块中包含的卡路里食物,类似于大多数食品包装上的标签。还允许您检查标签,测量项目——例如新鲜水果——出售没有营养信息。它还可以帮助农民做决定,比如什么时候收获的最佳时间。

虽然为测试开发的食品,消费者物理学也出售新办工业客户谁正在使用这个来补充化学家和实验室的,莎伦说。他描述了一个假想的质量实验室需要做每天500测试,但只能做100,除非它购买额外的台式机器和招募更多熟练的科学家。如果只有100测试需要特别谨慎,国新办可以用于额外的400。我们正在补充分析化学家,使他们能够专注于高端测试,”莎朗说。

国被用于石油和天然气工业,医疗,和伪造检测的专用化学品和药品,他补充道。伦敦卫生和热带疾病研究人员,例如,使用一个新办设备检测假冒抗疟疾药物的国家在非洲。²

擦伤假药

近红外光谱用于台式设备在食品行业几十年来,Goodacre曼彻斯特的同事解释说大卫·埃利斯。手持近红外光谱设备因此适合分析食用大分子,如碳水化合物、脂肪和蛋白质。但对于独特的分子指纹,埃利斯同意Assi,如果他们能负担得起,用户应该选择拉曼。因此他的团队手持的努力越来越关注拉曼,特别是一种相对较新的方法被称为空间位移喇曼光谱(传感器适用)。

的苏格兰威士忌研究所英国爱丁堡(SWRI),很快就看到了潜在的传感器适用当艾利斯在一次会议上提出了初步的测试结果。随后合作,SWRI和曼彻斯特的研究人员表明,传感器适用能够区分品牌的苏格兰威士忌,朗姆酒、杜松子酒和伏特加在封闭的玻璃容器,包括40模拟假药。³它还可以检测添加剂浓度降至0.2 ppm和确定甲醇浓度远低于人类的最大容许极限。

人们受到上一代手持式拉曼光谱仪

Goodacre补充说,这是“只是第一个例子在食品安全领域的潜在的急需的测试。大约10%的食物和饮料已经估计有欺诈,他说,行业成本每年约£390亿。现在,当局可以测试每一个可疑的瓶子他们想,实时,甚至无需打开它们。

检测潜在的有毒食品和酒并不是唯一的方式传感器适用是一个文字的救命稻草,突显了罗伯特•斯托克斯产品经理安捷伦拉曼英国阿宾顿,研发了技术。虽然传统拉曼光谱是一个伟大的军事利益,“很多人受到上一代手持式拉曼光谱仪”,他解释说。这些军事的人指出大功率激光器在敏感炸药引爆或燃爆。”

安捷伦的决心手持传感器适用系统集中其光束到一个地方不像一些其他的拉曼系统——它甚至不需要直接照射。相反,它照耀光束斜表面的物质的容器,和措施产生的散射信号。然后它第二次梁很短的距离,或空间抵消,,直接在容器和穿透它即使是不透明的。梁引起材料的拉曼散射光谱仪一样的兴趣,其中一些达到解决的探测器。

我们比较第一测量和偏移量测量使用复杂的算法,它可以隔离信号来自内容,”斯托克斯解释道。这个减法揭示材料内藏容器由彩色和透明塑料、玻璃和织物,可能导致许多不同类型的问题其他光谱的方法。

算法的方法是一个秘密。然而,他们都是特别强大的确保用户不需要训练有素的科学家——只是负担约£45000解决仪器的成本。”这是一个探测器,而不是实验室分析仪器,”斯托克斯压力。这是要打个电话运营商——这是一个威胁吗?”

潜在爆炸性的

确定化学物质通过瓶子和信封等壁垒是一个特殊的优势,丽贝卡·霍普金斯从英国的解释道国防科技实验室在英国Porton下来,(DSTL)。由于这个特性,传感器适用可以支持快速安检在检查站,消除耗时的和危险的采样步骤,霍普金斯说组长在DSTL化学保护和检测。的一个例子可能是机场安全检查站,液体由乘客上飞机可能筛选,”她说。手持传感器适用仪器可以延长的最新发展技术的潜力,使through-barrier检测在民用和军用领域场景可能存在危险化学品。

手持传感器适用已经被用于保护人们的健康处理可疑的药物,包括合法的和非法的。新药物的滥用阿片类药物卡芬太尼,一个高度有效的大象镇静剂在,越来越被卖给了人类。如果你在几个呼吸粒子可以有麻烦了,”斯托克斯说。“有很多警察和狱警受伤的报告。因此这是有用的,解决仪器可以分析他们不开容器,运营商是否在实验室或在犯罪现场。手持传感器适用同样用于药用药生产、测试活性药物成分,可以在高度集中的形式有毒制造商接收他们。

手持光谱学仍处于起步阶段

今天,我们都可以说安全由于手持红外和拉曼光谱探测器,支持快速识别未知的化学物质。工具允许用户作出明智的决定下一步要做什么,比如穿上个人防护设备发现一种有毒化学品后,霍普金斯解释道。和她期待的组件技术的不断发展,激光源和探测器等,可能导致进一步小型化,提高灵敏度。

手持光谱学仍处于幼年期,埃利斯回响。他比较移动电话技术在智能手机的爆炸之前,期望更大的变化很快,特别是由于云计算。手持光谱学今天大多都有一个单独的函数作为一个高度移动仪器与车载化学数据库,埃利斯说。“我们认为这将在未来几年变化非常迅速。只是发现这些新领域可以应用和展示他们的能力和潜力。

2018年2月6日更新澄清和纠正条FirstGuard和布拉沃仪器的光谱范围