O que é HTVS Advantage da Tornado?

Os avanços na tecnologia óptica estão criando muitas novas oportunidades para o uso de detecção destrutiva e em tempo real e quantificação de espécies moleculares em indústrias como a química fabricação, refino de petróleo e gás, bioprocessamento e produtos farmacêuticos. Um dos que mais crescem técnicas para realizar essas medições de análise de processo é a espectroscopia Raman, que fornece usuários com medições in situ mais precisas e específicas de matrizes químicas complexas do que outras modalidades de medição em tempo real.
Até recentemente, no entanto, a extensão da espectroscopia Raman para uma gama mais ampla de aplicações tem sido limitado por uma troca de longa data no design de espectrômetro tradicional. Usando Raman convencional espectrômetros, este compromisso evita que qualquer dispositivo único alcance tanto o alto espectro resolução e o alto nível de sinal necessário para diferenciar as espécies químicas em muitos condições. Os usuários foram forçados a escolher entre a sensibilidade (ser capaz de detectar e quantificar baixa concentrações de um componente de uma mistura química) e especificidade (sendo capaz de diferenciar semelhantes componentes de uma mistura).
Este blog descreve os conceitos fundamentais por trás do espectrômetro óptico HyperFlux proprietário designs desenvolvidos pela Tornado usando sua tecnologia central – a fenda virtual de alto rendimento ou HTVSTM – que elimina a troca de sensibilidade versus especificidade inerente a outros espectrômetros Raman, portanto fornecendo aos usuários uma visão sem precedentes da química de seu processo de fabricação.Os avanços na tecnologia óptica estão criando muitas novas oportunidades para o uso de detecção destrutiva e em tempo real e quantificação de espécies moleculares em indústrias como a química fabricação, refino de petróleo e gás, bioprocessamento e produtos farmacêuticos. Um dos que mais crescem técnicas para realizar essas medições de análise de processo é a espectroscopia Raman, que fornece usuários com medições in situ mais precisas e específicas de matrizes químicas complexas do que outras modalidades de medição em tempo real. Até recentemente, no entanto, a extensão da espectroscopia Raman para uma gama mais ampla de aplicações tem sido limitado por uma troca de longa data no design de espectrômetro tradicional. Usando Raman convencional espectrômetros, este compromisso evita que qualquer dispositivo único alcance tanto o alto espectro resolução e o alto nível de sinal necessário para diferenciar as espécies químicas em muitos
condições. Os usuários foram forçados a escolher entre a sensibilidade (ser capaz de detectar e quantificar baixa concentrações de um componente de uma mistura química) e especificidade (sendo capaz de diferenciar semelhantes componentes de uma mistura). Este blog descreve os conceitos fundamentais por trás do espectrômetro óptico HyperFlux proprietário designs desenvolvidos pela Tornado usando sua tecnologia central – a fenda virtual de alto rendimento ou HTVSTM – que elimina a troca de sensibilidade versus especificidade inerente a outros espectrômetros Raman, portanto fornecendo aos usuários uma visão sem precedentes da química de seu processo de fabricação.

A espectroscopia é a análise dos diferentes componentes de frequência ou comprimento de onda (cores) da luz refletido, transmitido ou emitido por uma amostra de material. Com uma quantidade modesta de química e física conhecimento, as medições espectroscópicas podem ser interpretadas para deduzir propriedades físicas e químicas das amostras de materiais. Variações na composição molecular resultam em diferentes respostas ópticas, criando “assinaturas” espectroscópicas únicas que podem ser usadas para identificar os materiais sob interrogatório e determinar suas proporções. Os dispositivos usados ​​para medir a intensidade de cada comprimento de onda da luz nessas assinaturas são chamados de espectrômetros ópticos, dos quais existem muitos tipos, dependendo do tipo específico de espectroscopia que está sendo empregada para uma aplicação (por exemplo, atômica absorção, emissão atômica, LIBS, transmissão, reflexão, Raman ou outros). Este blog se concentra no uso de espectrômetros dispersivos, uma vez que sua velocidade e ausência de partes móveis os tornam os preferidos escolha entre espectrômetros interferométricos ou baseados em filtros de varredura para a maioria das aplicações Raman de processos que requerem baixo custo, alta velocidade e alta sensibilidade.
A espectroscopia Raman é baseada em um efeito em que uma pequena fração da luz laser atinge um material irá espalhar (refletir) enquanto sofre uma mudança no comprimento de onda do comprimento de onda do laser original, enquanto o resto da luz é espalhado sem alteração no comprimento de onda. Este “efeito Raman” ou “mudança Raman” cria uma distribuição diferente de comprimentos de onda espalhados para moléculas diferentes, o que fornece muito do poder do método Raman, uma vez que múltiplos constituintes químicos de uma mistura ou matriz podem ser detectados e quantificados independentemente e simultaneamente. No entanto, a utilidade da espectroscopia Raman tem foi limitado pela fraqueza do sinal de deslocamento de Raman. Para a maioria das espécies moleculares, apenas um minúsculo fração (normalmente 1 de 106 a 1 de 109), dos fótons do laser são deslocados Raman pela amostra, então as medições químicas são baseadas em um número relativamente pequeno de fótons. Compondo o Natureza “faminta de fótons” do método Raman, espectrômetros convencionais são inerentemente ineficientes devido às suas estreitas aberturas de entrada.

Para prever as concentrações de CytC e BSA durante a eluição, um modelo de calibração quantitativa foi desenvolvido usando preparações separadas de CytC e BSA em concentrações que variam de 0,25 mg / mL a 4,5 mg / mL. A Figura 2 mostra os espectros para BSA, CytC e tampão. A principal região espectral de interesse variou de 900 cm-1 a 1500 cm-1, que é destacado no detalhe da Figura 2. A Parcial pelo menos o modelo quantitativo de quadrados (PLS) foi construído com o software de análise PEAXACT (S-Pact GmbH). Os espectros foram pré-tratados com uma subtração de elástico, suavização de 19 pt e normalização SNV. Com base nos atributos estatísticos do modelo, a concentração de proteína foi determinada com um erro de 0,109 mg / mL e 0,070 mg / mL para BSA e CytC, respectivamente.Tornado pode ser multiplexado para uso com até 8 canais.

Esta luz desperdiçada pode muitas vezes constituir 80-95% de toda a luz que entra no espectrômetro (dependendo
resolução desejada). Infelizmente, essa compensação entre resolução e taxa de transferência não é simples de superar. Devido ao princípio de conservação de “étendue” em um sistema óptico, uma melhoria não pode ser obtida usando ótica de foco adicional para criar uma imagem mais nítida, como qualquer foco aumentado para o aumento do rendimento na fenda será contrabalançado por uma maior divergência da dourada leve após a fenda, anulando qualquer vantagem antecipada.
Projetistas de espectrômetro dispersivo aceitaram as perdas devido a uma fenda e concentraram seus esforços para melhorar os espectrômetros otimizando a eficiência dos elementos ópticos restantes, usando mais detectores e eletrônicos sofisticados (por exemplo, CCDs de depleção profunda ou sensores sCMOS de baixo ruído), elementos dispersivos de eficiência (por exemplo, grades holográficas de fase de volume) e melhores revestimentos reflexivos (por exemplo, revestimentos dielétricos empilhados com <2% de perdas de reflexão). Na verdade, muitos fabricantes de espectrômetros cite sua taxa de transferência relativa, ignorando a perda de fenda porque ela é considerada uma “constante” inerente a todos os projetos de espectrômetro. O potencial total dos espectrômetros ópticos, no entanto, é apenas alcançável resolvendo esta perda total da ordem de magnitude causada pela fenda, como é alcançado com o desenvolvimento do HTVSTM e sua incorporação em todos os analisadores Raman da Tornado.

A tecnologia HTVSTM funciona modificando a forma do feixe dentro do espectrômetro. Habilitado para HTVSTM espectrômetros usam uma abertura de entrada comparativamente grande (para máxima taxa de transferência de sinal) em combinação com espelhos e lentes especialmente configurados dentro do dispositivo. Esses componentes ópticos agir para reformatar o feixe de luz colimado e expandi-lo ao longo do eixo de dispersão, com o resultado de estreitando a imagem reorientada da abertura de entrada. A imagem de “fenda virtual” resultante é estreita como um imagem de fenda, mas mais alta (conservando assim étendue óptico), e mais de 95% dos fótons que chegam são transmitido para a grade do espectrômetro. Como resultado, o espectrômetro HTVSTM fornece alta rendimento e alta resolução espectral sem comprometimento significativo.
A reformatação de feixe não é um conceito novo em espectroscopia. Já em 1938, espectroscopistas astronômicos concebeu e implementou “fatiadores de imagem” que usaram ótica especializada para cortar a imagem circular de um estrela em tiras estreitas e reorganize as tiras em uma imagem semelhante a uma fenda. Embora seja útil em grandes telescópios espectrômetros baseados, a implementação de tais projetos não se provou comercialmente prática devido à dificuldade de atingir e manter as tolerâncias de alinhamento exigidas. Em vez de, Os espectrômetros do Tornado incorporam uma nova abordagem em que a reformatação ocorre no espaço “pupila” ou “Fourier” desfocado em vez do espaço da imagem. Esta abordagem proprietária fornece uma implementação mais simples e prática para reformatar a viga. Embora a tecnologia HTVSTM possa beneficiar qualquer forma de espectroscopia óptica de alta resolução, ela tem demonstrou o maior impacto no aprimoramento dramático do desempenho da espectroscopia Raman sistemas. A maioria dos espectros Raman consiste em muitos picos agudos, muitas vezes próximos entre si, de modo que resolução espectral é necessária para distinguir os picos de diferentes componentes químicos de cada outro. Mas, como mencionado anteriormente, o efeito Raman é extremamente fraco, então o rendimento óptico eficiência de um espectrômetro Raman deve ser o mais alto possível para detectar fótons suficientes para fazer um medição válida da intensidade de cada pico, o que permite a medição de produtos químicos concentrações. Com HTVSTM fornecendo simultaneamente alta resolução espectral e máxima rendimento, a qualidade dos espectros Raman resultantes são amplamente melhorados e os usuários podem alcançar ambos especificidade e sensibilidade em suas medições de processo. Esta vantagem de desempenho do Tornado’s Soluções Raman sobre analisadores convencionais baseados em fenda foram demonstradas repetidas vezes em um grande variedade de áreas de aplicação, conforme detalhado em nossos white papers e webinars (disponíveis mediante solicitação).A tecnologia HTVSTM funciona modificando a forma do feixe dentro do espectrômetro. Habilitado para HTVSTM espectrômetros usam uma abertura de entrada comparativamente grande (para máxima taxa de transferência de sinal) em combinação com espelhos e lentes especialmente configurados dentro do dispositivo. Esses componentes ópticos agir para reformatar o feixe de luz colimado e expandi-lo ao longo do eixo de dispersão, com o resultado de estreitando a imagem reorientada da abertura de entrada. A imagem de “fenda virtual” resultante é estreita como um imagem de fenda, mas mais alta (conservando assim étendue óptico), e mais de 95% dos fótons que chegam são transmitido para a grade do espectrômetro. Como resultado, o espectrômetro HTVSTM fornece alta rendimento e alta resolução espectral sem comprometimento significativo.
A reformatação de feixe não é um conceito novo em espectroscopia. Já em 1938, espectroscopistas astronômicos concebeu e implementou “fatiadores de imagem” que usaram ótica especializada para cortar a imagem circular de um estrela em tiras estreitas e reorganize as tiras em uma imagem semelhante a uma fenda. Embora seja útil em grandes telescópios espectrômetros baseados, a implementação de tais projetos não se provou comercialmente prática devido à dificuldade de atingir e manter as tolerâncias de alinhamento exigidas. Em vez de, Os espectrômetros do Tornado incorporam uma nova abordagem em que a reformatação ocorre no espaço “pupila” ou “Fourier” desfocado em vez do espaço da imagem. Esta abordagem proprietária fornece uma implementação mais simples e prática para reformatar a viga. Embora a tecnologia HTVSTM possa beneficiar qualquer forma de espectroscopia óptica de alta resolução, ela tem demonstrou o maior impacto no aprimoramento dramático do desempenho da espectroscopia Raman sistemas. A maioria dos espectros Raman consiste em muitos picos agudos, muitas vezes próximos entre si, de modo que resolução espectral é necessária para distinguir os picos de diferentes componentes químicos de cada outro. Mas, como mencionado anteriormente, o efeito Raman é extremamente fraco, então o rendimento óptico eficiência de um espectrômetro Raman deve ser o mais alto possível para detectar fótons suficientes para fazer um medição válida da intensidade de cada pico, o que permite a medição de produtos químicos concentrações. Com HTVSTM fornecendo simultaneamente alta resolução espectral e máxima rendimento, a qualidade dos espectros Raman resultantes são amplamente melhorados e os usuários podem alcançar ambos
especificidade e sensibilidade em suas medições de processo. Esta vantagem de desempenho do Tornado’s Soluções Raman sobre analisadores convencionais baseados em fenda foram demonstradas repetidas vezes em um grande variedade de áreas de aplicação, conforme detalhado em nossos white papers e webinars (disponíveis mediante solicitação).