Spektroskopia Ramana w różnych gałęziach nauki i przemysłu

Spektroskopia Ramana dostarcza informacji o strukturze cząsteczki, czyli o wzajemnym powiązaniu atomów w cząsteczce, co pozwala na jednoznaczną identyfikację związków chemicznych. Umożliwia to znalezienie subtelnych różnic w budowie związków chemicznych w postaci czystej, jak również w mieszaninach i roztworach wodnych.

Ogromną jej zaletą jest nieniszczący charakter analizy próbki. Służy ona do identyfikacji substancji chemicznych, m.in. materiałów dowodowych, narkotyków, substancji wybuchowych, leków, minerałów, polimerów, substancji nieorganicznych. Proces przygotowania próbki jest w tej technice wyeliminowany bądź ograniczony do minimum. Redukcja kosztów oraz wymiarów urządzeń, jak też ogromny postęp w możliwościach analizy najbardziej skomplikowanych widm powodują, że spektroskopia Ramana jest jednym z najsilniej rozwijających się narzędzi do prowadzenia identyfikacji.

Najnowsze rozwiązania aparaturowe
Problemem dla spektroskopii mogą być dwie grupy związków – substancje pomocnicze oraz materiały barwne. W przypadku substancji pomocniczych, wiele związków daje bardzo podobne i mało charakterystyczne widmo. Dodatkowym efektem, który bardzo ogranicza metodę spektroskopii Ramana, jest zjawisko fluorescencji. Niektóre próbki wzbudzane promieniowaniem w zakresie widzialnym mogą indukować przejścia elektronowe, które z kolei wywołują fluorescencję. Powstaje w ten sposób tzw. tło fluoroscencyjne „przysłaniające” pasma ramanowskie.

W przypadku zastosowaniu laserów o długościach fali 532 nm oraz 785 nm, sygnał fluorescencji jest na tyle silny, że niejednokrotnie przysłania właściwe sygnały ramanowskie substancji. Problem występuje szczególnie często w przypadku próbek barwnych. Identyfikacja ich była dotychczas praktycznie niemożliwa.

Dlatego zostało opracowane specjalne rozwiązanie – spektrometr z laserem o długości fali 1064 nm. Zmniejszenie energii promieniowania laserowego pozwoliło zredukować sygnał fluorescencji na tyle, że możliwa jest identyfikacja substancji, których widma otrzymywane dotychczas laserami 785 nm oraz 532 nm były zupełnie nieczytelne. Szczególne znaczenie ma to w przypadku takich próbek jak: narkotyki, substancje wybuchowe, pigmenty, barwione polimery, barwne próbki żywności czy minerały.

Przemysł farmaceutyczny
Szybkość analizy oraz łatwość przygotowania próbek to cechy, które szczególnie doceniają laboratoria kontroli jakości w zakładach farmaceutycznych i kosmetycznych. Przemysł farmaceutyczny to specyficzna gałąź przemysłu ze względu na rodzaj dostarczanych produktów. Leki, od których zależy zdrowie i życie ludzi, muszą być wyprodukowane i skontrolowane w sposób niebudzący zastrzeżeń lub wątpliwości, zgodnie z najwyższymi standardami jakości i osiągnięciami naukowymi. Podstawą badań kontroli jakości są właściwie opracowane i scharakteryzowane metody badawcze. Dlatego też spektroskopia Ramana jest z powodzeniem stosowana do identyfikacji wielu substancji czynnych oraz weryfikacji tożsamości surowców chemicznych. Wiele leków wytwarzanych w Polsce bazuje na substancjach doskonale identyfikowalnych spektroskopią Ramana. Znakomicie
rozpraszają one promieniowanie i generują jednoznaczne widma. Walidacja metod oraz otrzymywanie powtarzalnych wyników nie jest już problemem.

Chemia kryminalistyczna
Spektroskopia Ramana, która została technologicznie zminiaturyzowana do przenośnych spektrometrów, stanowi idealne rozwiązanie w kryminalistyce i postępowaniu dowodowym. Z powodzeniem jest wykorzystywana w pracy policji, wojska, służb granicznych i celnych. Spektrometry bazujące na bibliotekach widm referencyjnych dostarczają jednoznacznej informacji o zidentyfikowanej substancji. Dodatkową zaletą jest błyskawiczna i nieniszcząca analiza materiałów dowodowych, analiza na miejscu zdarzenia, eksplozji, w pogorzeliskach. Wspomniany wcześniej problem, związany z identyfikacją barwnych substancji oraz obecnością wypełniaczy, został rozwiązany poprzez zastosowanie spektrometrów z laserem o długości fali 1064 nm. Identyfikacja barwnych narkotyków, dopalaczy oraz materiałów wybuchowych stała się możliwa i jest niezwykle skuteczna.

Inne zastosowania
Szybkie uzyskanie informacji analitycznej oraz umożliwienie całkowicie niedestrukcyjnego wykonania analizy szczególnie swoje zastosowanie znajduje również w geologii i mineralogii. Metoda spektroskopii Ramana może służyć oraz wydaje się być obiecującym rozwiązaniem w klasyfikacji oraz identyfikacji żywic (bursztynów) dla celów komercyjnych oraz naukowych. W wielu przypadkach metoda ta mogłaby posłużyć kolekcjonerom, handlowcom i bursztynnikom, w celu wyeliminowania z handlu imitacji i możliwości fałszerstw. Dotyczy to zarówno zakupu biżuterii, gromadzenia okazów z inkluzjami, jak i zakupu surowca. Rozpowszechnienie spektroskopii Ramana w naukach geologicznych i mineralogii staje się zatem możliwe dzięki użyciu laserów emitujących promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni, eliminujących fluorescencję. Metoda spektroskopii Ramana może być użyta do badania związków w różnych stanach skupienia: w postaci ciał stałych, past, cieczy, a także gazów. W przeciwieństwie do metody spektroskopii, w podczerwieni można badać roztwory wodne oraz stosować do pomiarów naczynia szklane. Niewątpliwą zaletą jest fakt, że próbka przed pomiarem nie wymaga żadnego przygotowania. Ogranicza to do minimum ewentualne błędy analizy wynikające z postępowania użytkownika z próbką. Ponadto możliwe jest prowadzenie analiz substancji w opakowaniach – szklanych butelkach, plastikowych workach, a także blistrach. Spektroskopia Ramana stanowi szybko rozwijającą się technikę badawczą w wielu różnych dziedzinach nauki i przemysłu. Spektrometry najnowszej generacji zaprojektowane zostały z myślą o zastosowaniach w laboratoriach, zakładach produkcyjnych, magazynach oraz na miejscach zdarzenia.