Разработка мер для метрологического обеспечения спектроскопии комбинационного рассеяния

Для своевременного метрологического обеспечения технологических линий промышленного сектора в химической, медико-фармацевтической, пищевой, а также криминалистической и судебной экспертизы широко применяется метод спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Широкое применение метода спектроскопии КР требует использования специальных средств метрологического обеспечения, а именно: мер для калибровки спектрометров и микроскопов КР по форме спектров, т. е. по относительной спектральной чувствительности.

Цель настоящего исследования –  разработка прототипов мер, предназначенных для калибровки спектрометров и микроскопов КР по шкале относительных интенсивностей, обеспеченных метрологической прослеживаемостью к основным единицам SI.

Прототипы мер изготовили из неорганических стекол на основе оксидной матрицы, каждое из стекол активировано ионами металла, подобранного для возбуждения широкой линии флуоресценции излучением на заданной длине волны: 532 нм (ионы марганца), 633 нм (ионы висмута) и 785 нм (ионы хрома). Для прототипов мер установлены метрологические характеристики, где аттестованной характеристикой является относительная интенсивность воспроизводимого излучения флуоресценции. Определена максимальная расширенная неопределенность измерения относительной интенсивности флуоресценции при коэффициенте охвата k = 2, которая составляет 9,4 %, 5,2 % и 2,8 % для прототипов мер, предназначенных для воспроизведения относительной интенсивности флуоресценции при возбуждении на длинах волн 532 нм, 633 нм и 785 нм, соответственно.

Аттестация мер, произведенная на лазерном рамановском конфокальном микроскопе Confotec NR500, входящем в состав эталона ГЭТ 196-2015, позволит установить метрологическую прослеживаемость через шкалу относительных интенсивностей микроскопа ГЭТ 86–2017, обеспечивая прослеживаемость к единицам SI величины «поток энергии» (световой). Таким образом, для калибруемых приборов с помощью аттестованных мер возможно нахождение функции спектральной коррекции для определения спектров КР, прослеживаемых к государственному первичному эталону ГЭТ 196-2015.

Полученные результаты исследования позволят расширить возможность установления и контроля стабильности градуировочной (калибровочной) характеристики микроскопов и спектрометров комбинационного рассеяния, в частности, позволят производить калибровку по шкале относительных интенсивностей.

1. Das R. S., Agrawal Y. K. Raman spectroscopy: recent advancements, techniques and applications // Vibrational Spectroscopy. 2011. Vol. 57, № 2. P. 163–176. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2011.08.003

2. Raman spectroscopy: A powerful technique for biochemical analysis and diagnosis / L. M. Moreira [et al.] // Spectroscopy. 2008. Vol. 22, № 1. P. 1–19. https://doi.org/10.3233/SPE-2008–0326

3. Перспективы применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (рамановской спектроскопии) в кардиологии / В. В. Рафальский [и др.] // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. Т. 19, № 1. С. 70–77. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2020-1-2394

4. Рамановская спектроскопия-современная диагностическая технология для изучения и индикации возбудителей инфекций (обзор) / Б. Г. Андрюков [и др.] // Современные технологии в медицине. 2019. Т. 11, № 4. С. 161–174. https://doi.org/10.17691/stm2019.11.4.19

5. Löbenberg R., Bou-Chacra N. A. Raman spectroscopy for quantitative analysis in the pharmaceutical industry // Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences. 2020. Vol. 23. P. 24–46. https://doi.org/10.18433/jpps30649

6. Raman spectroscopy for process analytical technologies of pharmaceutical secondary manufacturing / B. Nagy [et al.] // AAPS PharmSciTech. 2019. Vol. 20. № 1. P. 1–16. https://doi.org/10.1208/s12249-018-1201-2

7. Hess C. New advances in using Raman spectroscopy for the characterization of catalysts and catalytic reactions // Chemical Society Reviews. 2021. Vol. 50. № 5. P. 3519–3564. https://doi.org/10.1039/D0CS01059F

8. Surface-enhanced Raman scattering on 2D nanomaterials: recent developments and applications / Zheng T. [et al.] // Chinese Journal of Chemistry. 2021. Vol. 39, № 3. P. 745–756. https://doi.org/10.1002/cjoc.202000453

9. Bloodstains, paintings, and drugs: Raman spectroscopy applications in forensic science / S. R. Khandasammy [et al.] // Forensic Chemistry. 2018. Vol. 8. P. 111–133. https://doi.org/10.1016/j.forc.2018.02.002

10. Forensics: evidence examination via Raman spectroscopy / M. A. Fikiet [et al.] // Physical Sciences Reviews. 2019. Vol. 4, № 2. https://doi.org/10.1515/psr-2017–0049

11. Raman spectroscopy as a tool for ecology and evolution / A. Germond [et al.] // Journal of the Royal Society Interface. 2017. Vol. 14, № 131. P. 20170174. https://doi.org/10.1098/rsif.2017.0174

12. Lin Z., He L. Recent advance in SERS techniques for food safety and quality analysis: a brief review // Current Opinion in Food Science. 2019. Vol. 28. P. 82–87. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2019.10.001

13. Petersen M., Yu Z., Lu X. Application of raman spectroscopic methods in food safety: a review // Biosensors. 2021. Vol. 11, № 6. P. 187. https://doi.org/10.3390/bios11060187

14. Spectral standards based on glasses activated with rare-earth element ions for the calibration of fluorescence and Raman spectrometers / A. Yu. Sadagov [et al.] // Optics and Spectroscopy. 2020. Vol. 128, № 10. P. 1658–1666. https://doi.org/10.1134/S0030400X20100215

15. Relative intensity correction of Raman spectrometers: NIST SRMs 2241 through 2243 for 785 nm, 532 nm, and 488 nm/ 514.5 nm excitation / S. J. Choquette [et al.] //Applied Spectroscopy. 2007. Vol. 61, № 2. P. 117–129. https://doi.org/10.1366/000370207779947585

16. Luminescent properties of chromium-doped borate glass-ceramics for red radiation sources / Babkina A. [et al.] // Fiber Lasers and Glass Photonics: Materials Through Applications II. 2020. Vol. 11357. P. 46–53. https://doi.org/10.1117/12.2555370