Bildverarbeitung

Genauere Ergebnisse bei geringerer Konzentration

SERS-Spektrometermodul für die Analyse kleiner Proben

25.05.2022 - Ein Raman-Mini-Spektrometermodul soll Raman-aktive Moleküle mit größerer Genauigkeit, höherer Selektivität und in einem breiteren Wellenlängenbereich als andere Mini-Spektrometer detektieren. Möglich machen soll das eine leistungsstärkere Laseroptik sowie eine verbesserte Detektionseinheit.

Das Raman-Mini-Spektrometermodul C15471 besitzt eine integrierte Laserdiode, die eine Leistung von bis zu 50 mW bietet. Die Leistungssteigerung gegenüber dem Vorgängermodell auf mehr als das Dreifache ermöglicht genauere Messergebnisse bei noch geringeren Konzentrationen Raman-aktiver Moleküle, speziell bei unpolaren Stoffen. Zudem arbeitet es in einem noch breiteren Wellenlängenbereich, der solche Stoffe wie Wachs, Fette oder in Alkohol gelöste Duft- oder Geschmacksstoffe umfasst. Des Weiteren lässt sich das Raman-Spektrometer auch ohne Probenhalter für Open-Path-Messungen verwenden, zum Beispiel bei Untersuchungen der Bodenbeschaffenheit im Außenbereich.

Neben der bekannten Optik liefert Hamamatsu mit seinem neuen Raman-Spektrometer eine kostenlose 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. 

Mit Gold beschichtetes Substrat verstärkt Raman-Effekt

Das Mini-Spektrometer C15471 beinhaltet optische Elemente, Bildsensor und Probenhalter in einem 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 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 C15471 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. „Mit dem C15471 hebt Hamamatsu das Segment der Mini-Raman-Spektrometer auf ein neues Leistungsniveau. Gleichzeitig erleichtern wir unseren Kunden den schnellen und flexiblen Einsatz des Produktes durch die Möglichkeit zu Open-Path-Messungen und die neue Evaluationssoftware Tokuspec“, erklärt Christoph Wöhnl, Senior Sales Engineer Analytical.

Evaluation ohne Schulung

Tokuspec – der Name der Evaluationssoftware ist abgeleitet von den japanischen Kanji-Schriftzeichen ,  und bedeutet so viel wie Gewinn, Nutzen oder Vorteil. Eine Oberfläche mit kontextbasierter Hilfefunktion sorgt dafür, dass Anwender bei der Evaluierung von Spektrometern aus dem Hause Hamamatsu 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 – beispielsweise mit der Aufteilung verschiedener Ansichten auf mehrere Fenster und damit auch Monitore. 

Die automatische Spektrometererkennung sorgt dafür, dass Benutzern beim Starten der Software alle an den Rechner angeschlossenen Spektrometer angezeigt werden. So können Anwender Testszenarien einrichten und beurteilen, ob das Gerät die Anforderungen erfüllt. Bei der gleichzeitigen Prüfung mehrerer Geräte sehen sie, welches Modell die besten Ergebnisse liefert. So können sie schneller mit dem Produktiveinsatz starten; das Gerät macht sich schneller bezahlt. 

Komfortable Funktionen für ­Konfiguration und Betrieb

Bei der Konfiguration des Spektrometermoduls C15471 und vieler weiterer Modelle von Hamamatsu unterstützt Tokuspec die Benutzer mit Funktionen zur Einstellung des Geräts für den konkreten Einsatzzweck. Belichtungszeit und Auslöser lassen sich ebenso anpassen wie beispielsweise die Laserleistung. Zudem ermöglicht die Software sowohl die Vorschau auf Live-Daten als auch die Aufzeichnung von Langzeit-Messreihen. Je nach Leistungsfähigkeit der eingesetzten Computer lassen sich unterschiedliche Szenarien auf mehreren angeschlossenen Geräten von einem PC aus gleichzeitig steuern und überwachen. Die dabei erfassten Daten können in verschiedenen, auch textbasierten 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 Rauschunterdrückungsalgorithmen 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 – anders als Demoversionen kostenpflichtiger Programme anderer Hersteller. Zudem bietet Tokuspec mit seinem Plug-In-Konzept die Möglichkeit, anhand des mitgelieferten SDK zusätzliche Softwaremodule für spezielle Funktionen selbst zu entwickeln, etwa für die Konvertierung der Messdaten in ein proprietäres Datenformat. „Mit Tokuspec erhalten Anwender eine komfortable Software zur Evaluation und Einrichtung der Mini-Spektrometer von Hamamatsu, die auch im laufenden Betrieb wertvolle Dienste leisten kann – und das ohne zusätzliche Kosten“, so Markus Roming, Software Engineer bei Hamamatsu.

Autor
Uwe Küll, Freier Autor und Journalist

Kontakt

Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH

Arzberger Str. 10
82211 Herrsching
Deutschland

+49 8152 375 0
+49 8152 2658

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