Om de chemie van oppervlakken te bestuderen met Ramanmicroscopie, hoef je sinds kort geen specialist meer te zijn. Verontreinigingen waren nog nooit zo mooi in beeld te brengen.

Een monster onder de microscoop leggen en dan niet alleen zien hoe het er visueel uitziet, maar ook meteen in kaart brengen wat de chemische samenstelling is. Of er bijvoorbeeld verontreinigingen zitten op een tablet die van de lopende band van een farmaceutisch bedrijf afrolt of op een vers geëtste halfgeleiderchip. Dat is de belofte van Ramanmicroscopie.

Jaren viel het onder het kopje ‘moeilijk, moeilijk, moeilijk’, maar sinds kort is Raman een van de snelst groeiende spectroscopische technieken. Op HET Instrument zijn dit jaar voor het eerst verschillende Ramanmicroscopen te zien met een dusdanig gebruiksgemak dat elk lab ermee om moet kunnen gaan. “Die van ons zijn in elk geval te gebruiken door mensen die gewend zijn om met microscopen te werken”, schat Rob Satink, van BFI Optilas, dat de Franse Ramanfabrikant Horiba Jobin Yvon vertegenwoordigt.

MICROMETERWERK

Ramanspectrometrie is genoemd naar de ontdekker, die er in 1930 een Nobelprijs mee verdiende. Kort door de bocht komt het erop neer dat je een oppervlak bestraalt met een infraroodlaser en uit de lichtverstrooiing de moleculaire samenstelling afleidt. In de praktijk gebeurt dat door het waargenomen spectrum naast een referentiedatabase te leggen. De combinatie met een microscoop maakt het mogelijk om precies te zien op welk punt van het monster je je laser richt. Heel precies zelfs, want met confocale optiek en een goede laser is een resolutie van één vierkante micrometer haalbaar.

De vooruitgang van de laatste jaren zit vooral in de software, en in de kracht van de processors waar die software op draait. Om te beginnen stellen de nieuwste modellen zichzelf in. Thermo Fisher, dat dit voorjaar tijdens de Pittcon de simple to use-DXR Raman presenteerde, trekt in een persbericht de vergelijking met de manier waarop digitale camera’s de fotografie hebben bevrijd van moeizaam handwerk.

Het meest opvallend is echter hoe je de resultaten in beeld krijgt. Standaard is dat je op je beeldscherm je monster ziet in een soort elektronisch vizier, met daarnaast een weergave van het Ramanspectrum van het punt waarop je mikt. Op de achtergrond wordt intussen in de database naar een match voor dat spectrum gezocht.

Steeds meer fabrikanten bieden tevens de mogelijkheid om zo’n monster punt voor punt te scannen. Dat levert een soort ‘chemische kaart’ op die verschillen in samenstelling weergeeft als kleurtjes, en die je over het originele microscoopbeeld kunt projecteren. “Zo maak je bijvoorbeeld inzichtelijk dat ergens een organische verontreiniging zit op een anorganisch substraat, terwijl je zo op het oog geen contrast ziet”, legt Satink uit. In realtime bij elk kleurtje de exacte chemische samenstelling zoeken, is nog wat te veel gevraagd. “Maar met een aantal minuten kun je je analyse toch wel af hebben.”

Of je daar behoefte aan hebt of niet, zul je voor jezelf moeten bepalen. Een aanbieder als Jobin Yvon legt er bij zijn Xplora zwaar de nadruk op. Bruker Optics maakt weer meer reclame voor de optische eigenschappen van zijn Senterra-systeem, voor de stabiliteit van de laser en de onderdrukking van hinderlijke fluorescentie.

NAAR BINNEN KIJKEN

In de praktijk moet Ramanmicroscopie vooral opboksen tegen FTIR. Die techniek (voluit Fourier transform infraroodspectroscopie) geeft eenzelfde soort informatie over een monster, bestaat al langer en is mede daarom wat goedkoper. Raman heeft echter het voordeel dat je door omhulsels, zoals water of glas, heen kunt meten. Ook kun je er veel kleinere details mee zien. “Bij FTIR gebruik je geen laser, maar een combinatie van een lamp en een diafragma. Gezien de golflengte loop je met de resolutie tegen een theoretische limiet van 10 μm op”, legt Clemens Fraikin van Thermo Fisher Scientific uit.

Met Raman kun je bovendien iets verder ‘naar binnen’ kijken in een monster dan met FTIR, en de confocale optiek laat zelfs toe dat je de laser scherpstelt op een specifieke diepte. Volgens Marius van der Haven van Bruker Optics is dat bijvoorbeeld nuttig bij het inspecteren van gelaagde kunststoffolies. “Er zijn voorbeelden waarbij ze tot 30 μm diep gaan, met een diepteresolutie van 2 μm.”

De experts tekenen er wel bij aan dat er ook details zijn die je met Raman niet ziet en met FTIR wel. Elk type spectrum heeft immers zijn eigen specifieke (on)gevoeligheden.

MENSELIJK LICHAAM

Echt goedkoop is Raman nog niet. Instapmodellen zitten rond de 80.000 euro, en met wat accessoires kom je al snel ruim boven de ton. De aanbieders verwachten er in Nederland hooguit een stuk of wat per jaar te verkopen, al hopen ze dat de markt zich verder ontwikkelt naarmate de klanten de voordelen ontdekken.

Toepassingen zien de leveranciers vooral in de farmaceutische industrie. “Oppervlakken van tabletten wil je niet alleen vanwege verontreinigingen onderzoeken. Men wil ook weten hoe de opbouw eruitziet, omdat die invloed heeft op hoe een tablet in het menselijk lichaam functioneert”, vertelt Satink.

Ook in andere branches is Raman te gebruiken voor kwaliteitscontrole of algemeen materiaalonderzoek. “Verder zouden forensische applicaties binnen bereik moeten komen”, zegt Satink hoopvol. “Ook daarbij wil je chemische sporen zien die geen contrast geven. Denk bijvoorbeeld aan organische stoffen in bekleding, of aan pigmentresten op de plek waar een auto iets heeft geraakt.”

www.bfioptilas.com

www.jobinyvon.com

www.brukeroptics.com

www.ramanrevolution.com (Thermo)

Bron: C2W10, 16 mei 2008