Raman Spektrometermodul mit integrierter Laserdiode

Die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS - Surface-enhanced Raman spectroscopy) hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer ausgereiften Technik entwickelt, und die Zahl der Anwendungen steigt rasant. Das SERS Spektrometermodul C15471 von Hamamatsu Photonics detektiert Raman-aktive Moleküle in einem breiteren Wellenlängenbereich mit hoher Genauigkeit und Selektivität. 

Das Raman Mini-Spektrometermodul mit integrierter Laserdiode bietet eine Leistung von bis zu 50 Milliwatt. Die Leistungssteigerung gegenüber dem Vorgängermodell auf mehr als das Dreifache, ermöglicht genauere Messergebnisse bei geringeren Konzentrationen Raman-aktiver Moleküle, speziell bei unpolaren Stoffen. Außerdem arbeitet es in einem noch breiteren Wellenlängenbereich, der solche Stoffe wie Wachs, Fette oder in Alkohol gelöste Duft- oder Geschmacksstoffe umfasst. Darüber hinaus lässt sich der Raman-Spektrometer auch ohne Probenhalter für Open-Path-Messungen verwenden, zum Beispiel bei Untersuchungen der Bodenbeschaffenheit im Außenbereich.

Neben der hochwertigen Optik liefert Hamamatsu mit seinem neuesten Raman Spektrometer eine kostenlose innovative Evaluationssoftware. Das Programm mit dem Namen Tokuspec dient vor allem einer raschen Beurteilung der Fähigkeiten des Gerätes. So lassen sich auch komplexe Versuchsanordnungen schnell einrichten und die generierten Ergebnisse beurteilen. Wie wichtig Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Genauigkeit für die Anwender von Laborausrüstung in Wirtschaft und Wissenschaft ist, hat sich nicht zuletzt während der Corona-Pandemie immer wieder gezeigt.

Kompakt, leicht und flexibel

Das Mini-Spektrometer C15471 beinhaltet optische Elemente, Bildsensor und Probenhalter in einem kompakten, leichten Gehäuse und ist damit vielseitig einsetzbar. Davon profitieren beispielsweise OEM-Hersteller und Anwender tragbarer Systeme im Außenbereich. Als SERS-Spektrometer bietet das C15471 die Möglichkeit, durch ein mit Gold beschichtetes Substrat das gestreute Licht – und damit den Raman-Effekt – zu verstärken, bevor dieses durch die hochwertige Optik zum eingebauten Active-Pixel-Sensor gelenkt und dort gemessen wird. Detektiert werden Strahlungsabweichungen, sogenannte Raman-Shifts, abhängig vom untersuchten Molekül. Der breite Messbereich sorgt dafür, dass mit dem C15471 noch mehr Materialien anhand ihres „Raman-Fingerabdrucks“ erkannt werden können als mit dem Vorgängermodell. Damit eignet sich das Gerät beispielsweise für Anwender im Umweltschutz zur Prüfung des Schadstoffgehalts im Wasser sowie für pharmazeutische Unternehmen zur Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Medikamenten im Gewebe.

Für die Übertragung der Spektraldaten an einen PC oder andere externe Hardware verfügt das Spektrometermodul über eine USB-Schnittstelle. Ausgegeben wird das Raman-Spektrum, aus dem der Shift (der Abstand der Raman-Streuung zur Zentralwellenlänge des Lasers) in der Einheit Wellenlänge oder Wellenzahl – je nach Wahl des Benutzers – abgelesen werden kann. Das Datenformat lässt sich anhand der mitgelieferten TOKUSPEC Software an die Anforderungen der nachgelagerten Anwendungen für die Analyse anpassen.

Open-Path-Messungen möglich

Nach dem Abnehmen des Probenhalters erlaubt das C15471 auch Open Path-Messungen. Damit ist das Gerät in mobilen Anwendungsszenarien einsetzbar, beispielsweise zum Nachweis von Oberflächenkontamination mit Bakterien in der Lebensmittellogistik oder für die schnelle Untersuchung von Gewässern. Aber auch im Laboreinsatz oder in Fertigungsprozessen kann der Open-Path-Betrieb des C15471 sinnvoll sein, denn der geringere Aufwand für die Probenvorbereitung ermöglicht eine hohe Zahl von Messungen in kurzer Zeit. So lassen sich etwa In-Line-Analysen für die Überwachung und Steuerung von Prozessen erstellen.

Plug and Play Evaluation 

Tokuspec – der Name der Evaluationssoftware von Hamamatsu ist Programm, denn er ist abgeleitet von einem japanischen Kanji-Schriftzeichen, das so viel wie Gewinn, Nutzen oder Vorteil bedeutet. Eine moderne Oberfläche mit kontextbasierter Hilfefunktion sorgt dafür, dass Anwender bei der Evaluierung von Spektrometern ohne lange Schulung und Eingewöhnung mit der Software arbeiten können. Dabei profitieren sie unter anderem von modularen Layouts, mit denen sich die Darstellung der Ergebnisse optimal an ihre Bedürfnisse anpassen lässt.

Die automatische Spektrometererkennung sorgt dafür, dass Benutzern beim Starten der Software alle an den Rechner angeschlossenen Spektrometer angezeigt werden, wodurch sie schnell Testszenarien einrichten und beurteilen können, ob das Gerät die Anforderungen erfüllt. Bei der gleichzeitigen Prüfung mehrerer Geräte sehen sie, welches Modell die besten Ergebnisse liefert.

Funktionen für Konfiguration und Betrieb

Bei der Konfiguration des Spektrometermoduls C15471 und vieler weiterer Modelle von Hamamatsu unterstützt Tokuspec die Benutzer mit zahlreichen Funktionen zur Einstellung des Geräts für den konkreten Einsatzzweck. Belichtungszeit und Auslöser lassen sich ebenso anpassen wie beispielsweise die Laserleistung. Darüber hinaus ermöglicht die Software sowohl die Vorschau auf Live-Daten als auch die Aufzeichnung von Langzeit-Messreihen. Je nach Leistungsfähigkeit der eingesetzten Computer lassen sich sogar unterschiedliche Szenarien auf mehreren angeschlossenen Geräten von einem PC aus gleichzeitig steuern und überwachen. Die dabei erfassten Daten können in verschiedenen Dateiformaten gespeichert werden.

Neben dem Erfassen unterstützt Tokuspec auch das Verarbeiten der gewonnenen Daten mit grundlegenden Funktionen wie Emissions-, Transmissions- oder Absorptionsberechnungen. Zusätzlich können Benutzer Korrekturdaten wie Hintergrund-, Shading- und Referenzspektren erfassen, bearbeiten, speichern und bei Bedarf wiederverwerten. Die mitgelieferten Rauschunterdrückungs-Algorithmen wie Durchschnitts- oder Medianfilter helfen Störfrequenzen zu beseitigen, um die Qualität der gemessenen Ergebnisse zu verbessern. 

Die Software kann auch nach der Evaluation gebührenfrei weiter benutzt werden. Außerdem bietet Tokuspec mit seinem Plug-In-Konzept die Möglichkeit, anhand des mitgelieferten Kit zur Softwareentwicklungs (SDK) zusätzliche Softwaremodule für spezielle Funktionen selbst zu entwickeln, etwa für die Konvertierung der Messdaten in ein proprietäres Datenformat.

Fazit

Alle Laser-, Optik- und Elektronikbauteile, die Hamamatsu Photonics einsetzt, erfüllen strengste Qualitäts- und Sicherheitsnormen, wie ISO 9001 und ISO 14001. Das neue Raman-Spektrometer richtet sich an Hersteller von Equipment für Bau- und Umweltsachverständige ebenso wie an Hersteller von analytischer Medizintechnik und Laborinstrumentenausrüster. Von der Kombination aus Leistungsfähigkeit und Flexibilität profitieren alle Anwender von Mini-Spektrometern, die einen zeitnahen, nachhaltigen ROI durch schnellere und genauere Ergebnisse anstreben.