This post is also available in: Tiếng Việt (Vietnamese)
-
Giới thiệu
Quang phổ Raman đang trở thành một trong những công cụ đo lường phân tích phổ biến nhất cho các ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm, từ xác minh nguyên liệu thô đến giám sát quá trình sản xuất hóa chất đến kiểm tra chất lượng sản phẩm. Tương tự như phổ hồng ngoại, phổ Raman bao gồm sự phân bố bước sóng của các đỉnh tương ứng với các dao động phân tử đặc trưng cho mẫu được phân tích (xem hình 1). Hóa chất có thể được xác định bằng tần số và định lượng bằng cường độ của các đỉnh. Trong thực tế, một tia laser được tập trung vào mẫu, bức xạ tán xạ không đàn hồi (Raman) được thu thập bằng quang học và dẫn vào một máy quang phổ, cung cấp sự phân tách bước sóng và một máy dò chuyển đổi năng lượng photon thành cường độ tín hiệu điện. Một ưu điểm hấp dẫn của kỹ thuật này là không cần phải chiết hoặc chuẩn bị mẫu, và tia laser có thể đơn giản nhắm vào mẫu để thực hiện các phép đo hóa học, thường có thể hoàn thành trong một phút hoặc ít hơn.
Hiện nay, máy phân tích hóa chất cầm tay sử dụng công nghệ quang phổ Raman thường sử dụng 2 bước sóng kích thích là 785nm và 1064 nm. Trước đây các nhà sản xuất thường đưa vào sử dụng bước sóng kích thích 785nm, tuy nhiên nó có hạn chế nhất định đó là không thể xác định phạm vi mở rộng của các chất hóa học. Các hệ thống Raman tiên tiến mới hiện sử dụng bước sóng dài hơn – tia laser 1064 nm, để hỗ trợ việc xác định chính xác các chất trong một thư viện mở rộng. Ngoài ra với việc sử dụng nguồn laser có bước sóng 1064 nm sẽ giảm nhiễu huỳnh quang giúp kết quả phân tích đạt hiệu quả tốt hơn so với bước sóng 785 nm.
2. Ưu điểm của tia laser bước sóng 1064 nm trong việc xác định các chất hóa học
Hình 2 là một ví dụ về tác nhân chiến tranh hóa học – HN3. (a) là phổ cho bước sóng kích thích 785 nm, phổ biến trong các máy quang phổ Raman xách tay thông thường, (b) là quang phổ thu được với bước sóng kích thích 1064 nm.
Trong các tác nhân chiến tranh hóa học, ngoài HN3 ở trên, DM (Adamsite) cũng phát huỳnh quang cực mạnh khi bị kích thước bởi bước sóng ngắn, và do đó sử dụng bước sóng kích thích 1064 nm là điều cần thiết. Đối với chất nổ, các chất như TATP và HMTD thường được các nhóm khủng bố sử dụng, và tiền chất của chúng có tính phát huỳnh quang đặc biệt mạnh khi kích thích bằng bước sóng ngắn. Ngoài ra, các loại thuốc bất hợp pháp có nguồn gốc thực vật cũng có thể có các vấn đề huỳnh quang đáng kể khi kích thích bước sóng ngắn do mức độ thanh lọc khác nhau.
Nhìn chung, trong đa số các trường hợp, huỳnh quang là một trở ngại chính khi sử dụng bước sóng ngắn. Mặt khác, ngay cả khi bản thân sự phát huỳnh quang của chất không phải là vấn đề, thì sự phát huỳnh quang của các chất và tạp chất cùng tồn tại lại trở thành vấn đề khi sử dụng bước sóng kích thích 785 nm. Thậm chí, đối với bước sóng kích thích 785 nm, huỳnh quang từ vật chứa như chai, lọ cũng trở thành vấn đề. Ví dụ, chai thủy tinh màu nâu, chai nhựa màu và túi nhựa màu thường phát huỳnh quang đối với ánh sáng 785 nm. Trong một số trường hợp nhất định, việc mở nắp chai, lọ trở nên rất nguy hiểm, nó khiến các nhà điều tra tiếp xúc trực tiếp với hóa chất nguy hiểm bên trong. Do đó, việc xác định loại chất hóa học thông qua một vật chứa là điều rất quan trọng . Tia laser bước sóng kích thích 1064 nm thường hoạt động tốt trong trường hợp này, nhưng bước sóng kích thích 785 nm thì không.
Hình 3 cho thấy kết quả phân tích PS (Chloropicrin) trong chai màu nâu ở cả bước sóng kích thích 785 nm và 1064 nm. PS là chất nguy hiểm dễ bay hơi, nên việc phân tích sẽ không thể mở nắp chai. Có thể thấy rằng mức độ ảnh hưởng của huỳnh quang do thủy tinh của chai phát ra là khác nhau đáng kể tùy thuộc vào bước sóng kích thích.
3. Máy quang phổ Raman cầm tay phát hiện các chất nguy hiểm, ma túy, chất độc hại
3.1. Chức năng cơ bản
Dưới đây, chúng tôi giới thiệu máy quang phổ Raman cầm tay được sử dụng trong các cơ quan hải quan, cảnh sát, quân đội, an ninh biên giới, phát hiện ma túy và các cơ quan kiểm soát trên khắp thế giới. Thiết bị sử dụng laser bước sóng 1064nm giảm nhiễu huỳnh quang đáng kể trong quá trình nhận diện và phát hiện các chất nguy hiểm.
Chức năng quan trọng nhất của thiết bị là xác định một mẫu chất bằng cách xác định quang phổ kế ở phía trước của một chai hoặc túi và quét kiểm tra. Khi mẫu được xác định, người điều tra có thể triển khai hành động thích hợp, cùng với việc xác định chất thì việc xác định thông tin chi tiết, độ nguy hiểm của chất đó cũng hết sức cần thiết và quan trọng. Quá trình nhận diện chất được thực hiện bằng cách tìm quang phổ gần nhất với phổ Raman có sẵn trong thư viện máy của thiết bị.
Có khoảng 13.000 quang phổ của các chất đã được đăng ký trong thư viện tiêu chuẩn và hầu hết là các chất nằm trong quy định và phù hợp với tính năng, mục đích sử dụng của thiết bị.
Hình 5 cho thấy các ví dụ về chức năng phát hiện chất và mức độ nguy hiểm của chất đó của ResQ CQL. Cả hai mẫu đều là chất lỏng trong suốt, nhưng trường hợp (a) là một hóa chất độc hại và dễ cháy, còn (b) là một hóa chất gia dụng.
Hình 6 cho thấy một ví dụ về việc các nhà phân tích phải hết sức cảnh giác và thận trọng với một số chất, có thể không có sự nguy hiểm hay đe doạ nào, nhưng nếu kết hợp với một vật liệu cụ thể tương thích nào đó thì chúng sẽ gây ra một mối đe dọa nguy hiểm.
3.2. Các chức năng mới và các chức năng quan trọng của ResQ CQL
Ngoài việc sử dụng laser bước sóng 1064 nm, ResQ CQL còn có các chức năng độc đáo nổi trội hoàn toàn so với các dòng máy phát hiện và nhận diện chất nguy hiểm khác.
- Chế độ 4C
Chế độ 4C độc đáo được sử dụng để nhận diện sớm các chất nguy hiểm. Nếu hai hoặc nhiều tiền chất của chất nguy hiểm tương tự được tìm thấy khi thử nghiệm nhiều vật đáng ngờ ở một nơi cụ thể hoặc bên trong hành lý, một màn hình cảnh báo được hiển thị trên thiết bị cho thấy khả năng phát hiện chất nguy hiểm.
Trong ví dụ được hiển thị trong hình 7, mẫu chất đầu tiên được kiểm tra là Acetone, và chế độ cảnh báo 4C không hiển thị. Tuy nhiên, tiếp theo khi đến mẫu dung dịch hydrogen peroxide, một cảnh báo tức thời được hiển thị. Cảnh báo này là do cả Acetone và Hydrogen Peroxide là tiền chất của thuốc nổ TATP thường do bọn khủng bố sản xuất.
- Chụp ảnh mẫu chất
Trong màn hình kết quả nhận dạng, có một biểu tượng máy ảnh để chụp ảnh mẫu. Khi bạn nhấn vào nó, hình ảnh của mẫu sẽ được lưu trữ cùng với dữ liệu. Khi dữ liệu được tải xuống PC, hình ảnh được tải xuống cùng. Điều này rất quan trọng đối với hình ảnh bằng chứng của mẫu chất. Dưới đây là một ví dụ về một loại chất công nghiệp nguy hiểm đựng trong chai được chụp lại.
- Chế độ hỗn hợp
Đôi khi, chất độc hại hoặc chất cấm sẽ được trộn với các hợp chất khác một cách có chủ ý. Nếu bạn cần xác định cả chất chính và hợp chất pha trộn, bạn có thể sử dụng chế độ hỗn hợp. Hình 9 là một ví dụ về một loại chất nằm trong danh mục kiểm soát được trộn với chất khác sinh ra chất nguy hiểm.
- Tối ưu hóa vị trí lấy nét tương đối
Ở phía trước thiết bị là nút xoay điều chỉnh lấy nét. Hình 10 (a) là một ví dụ về đặt vị trí đầu dò khi kiểm tra bột trong túi nilong mỏng. Giá trị quay số được đặt thành 1 để tiêu điểm của ánh sáng laze trực tiếp vào bên trong phim. Hình 10 (b) là một ví dụ về vị trí cài đặt đầu thiết bị, khi đo chất lỏng trong chai thủy tinh có kính dày khoảng 2,5 mm. Đầu được điều chỉnh sao cho giá trị số của mặt số là 5 và tiêu điểm vị trí của tia laser là khoảng 5 mm ở phía trước của đầu thiết bị. Trọng tâm vào vị trí của chất lỏng bên trong chai có lợi về cường độ tín hiệu Raman.
- Kích hoạt trễ cho thuốc nổ
Một lưu ý quan trọng là luôn phải tuân thủ các quy trình an toàn thích hợp khi quét vật liệu nổ hoặc có khả năng gây nổ. Bạn nên sử dụng chế độ kích hoạt trễ. Chế độ kích hoạt trễ cung cấp cho điều tra viên thời gian sơ tán cần thiết trước khi quét một vật có khả năng phản ứng nhiệt bằng tia laser. Thời gian trễ có thể được chọn lên đến 10 phút. Trong thời gian trễ, màn hình hiển thị thời gian còn lại trước khi bắt đầu laser.
4. CQL ResQ thế hệ mới
Máy quang phổ Raman cầm tay ResQ CQL sẽ trở thành một trong những thiết bị được lựa chọn sử dụng hàng đầu nhờ các ứng dụng mới dựa trên các tính năng độc đáo và chức năng mới.
4.1. Xác định dấu vết chất nổ, chất độc hại với chế độ QuickDetect
Nếu như trước đây người ta thường cho rằng máy quang phổ Raman cầm tay rất tốt trong việc phân tích với khối lượng chất lớn và không thích hợp cho phân tích dạng dấu vết. Ví dụ, khi cố gắng quét một lượng bột trên bàn làm việc hoặc bề mặt khác, tín hiệu chiếm ưu thế là do chất liệu bề mặt của bàn làm việc chứ không phải là chất bột trên bàn. Tuy nhiên, với phần mềm đo màu QuickDetect, việc nhận dạng dấu vết có thể thực hiện được nhờ sự kết hợp của phản ứng hóa học đo màu QuickDetect với chức năng quan sát màu của ResQ CQL. Các quy trình phân tích được trình bày trong hình 11.
4.2. Các cải tiến khác và các tính năng mới
- Công thái học
Trọng lượng của thiết bị đã được giảm xuống còn 1,4 kg, và có thể cầm bằng một tay hoặc hai tay. Thiết bị dễ dàng được đặt gần vật thể trên bàn hoặc sàn nhà và thực hiện việc phân tích nhanh chóng. Bất kể được đặt ở tư thế nào, trục quang học của thiết bị luôn nằm ngang và người sử dụng không cần giữ máy hay mẫu chất.
- Phụ kiện kính tiềm vọng cho lượng mẫu nhỏ
Nếu lượng mẫu trong vật chứa quá ít thì có thể sử dụng phụ kiện tùy chọn bổ sung như kính tiềm vọng được hiển thị trong hình 13. Trục quang học thấp hơn nhiều cho phép quét ở độ sâu thấp hơn trong bình chứa. Các kính tiềm vọng cũng có thể xoay được để hoạt động được ở bất kỳ hướng nào.
Các chất/vật liệu nguy hiểm mới liên tục xuất hiện, các nhà sản xuất thiết bị sẽ cần làm việc với người sử dụng nhiều hơn để nâng cấp hệ thống. Thiết bị phân tích và nhận dạng chất nổ, chất độc hại, chất gây nghiện sử dụng phổ Raman ResQ CQL luôn luôn được cải tiến trong cả về chức năng và hiệu suất, đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu của lĩnh vực này.
Hiện tại, Rigaku ResQ CQL đang được phân phối độc quyền bởi Công ty Cổ phần Đầu tư và Công nghệ HTI tại Việt Nam. Mọi thông tin chi tiết vui lòng liên hệ: 098.123.0055
Tham khảo thêm: Kính hiển vi Raman
Theo dõi Fanpage HTI Group để cập nhật thêm.
