ZOBRAZOVACÍ METODY
FTIR A RAMANOVA MIKROSKOPIE: POKROČILÉ MOŽNOSTI AKVIZICE A INTERPRETACE DAT MATOUŠEK D., NEUMAN J. OPTIK INSTRUMENTS s.r.o., david.matousek@optikinstruments.cz, www.optikinstruments.cz
O tom, jak jdou techniky FTIR a Ramanovy mikroskopie dopředu a jak se rozšiřuje využitelnost těchto technik, jsme se rozepisovali již dříve:
• Nová FTIR-QCL technologie: Revoluce v infračerveném zobrazování (CHEMAGAZÍN 2022/1. vydání), • Nové možnosti infračervených mikroskopů ve vědě a průmyslu (CHEMAGAZÍN 2021/1. vydání),
• Nové trendy v oblasti Ramanovy spektrometrie – kapitola Hybridní Ramanova mikroskopie (CHEMAGAZÍN 2022/4. vydání). V první části tohoto příspěvku shrneme tyto průlomové technologie a následně na to navážeme a budeme se věnovat inovativním soft- warovým funkcím pro interpretaci dat.
Nové technologie v posledních letech V poslední době jsme byli svědky hned několika pokroků, které posouvají limity těchto technik na novou úroveň. Za zmínku stojí především FTIR-FPA mikroskopie, která využívá ploš- ného FPA (Focal-Plane-Array) detektoru. Jde o unikátní komponentu, kterou na trhu disponují pouze mikroskopy HYPERION II a LUMOS II od německého výrobce Bruker Optics (viz obr. 1). Tyto plošné detektory oproti standardním jedno-elementovým detektorům obsahují pole až 128x128 detektorových elementů, a proto dokážou měřit rychlostí cca 15 tis. spekter/s. Tím dosahují výrazně vyšší rychlosti mapování ploch. Tj. plocha, která by byla na klasickém FTIR mikroskopu měřena hodinu, trvá našemu mikroskopu desítky sekund (viz obr. 3). Obr. 1: FTIR-FPA mikroskop LUMOS II
Ještě větší pokrok v tomto ohledu přinesla FTIR-QCL technologie, kte- rá místo klasického zdroje IČ záření (žhavený globar) používá kvantový kaskádový laser (QCL). Záření emitované QCL je mnohem intenzivnější, a proto je možné je detekovat méně citlivými detektory známými např. z infrakamer. Tím lze dosáhnout rychlosti měření dokonce 90.000 bodů najednou. Porovnání různých přístupů měření najdete na praktickém příkladu na obr. 3. Obr. 3: Infračervená chemická mapa řezu tkání o rozměrech 14,7 x 5,9 mm. Pomocí klasické FTIR mikroskopie by měření trvalo cca 130 hodin, s FTIR-FPA mikroskopií 113 minut, v případě FTIR-QCL mikroskopie je tato mapa změřena za 8 minut!
I v oblasti Ramanovy mikroskopie jsme svědky mnoha inovací – ty sou- visejí zejména s dokonalejší elektronikou a jemnou mechanikou, kterou tyto optické přístroje disponují. Proto nejnovější Ramanovy mikroskopy umožňují velmi rychlý pohyb vzorku a akvizici dat rychlostí, která mnohdy přesahuje 100 spekter/s. Příkladem může být např. Ramanův mikroskop SENTERRA II (obr. 2) s rychlostí měření 130 spekter/s. Co na to počítače? Je jasné, že tyto unikátní přístroje svým měřením generují obrovský objem dat – mnohdy i miliony spekter, takže se v podstatě bavíme o miliardách datových bodů! Se všemi spektry musí počítač provádět matematické operace, musí umět spektra upravovat a zejména také vyobrazovat chemickou informaci v každém změřeném bodě/pixelu. Tomu, aby toto bylo možné, napomáhá dnešní výpočetní technika – velká interní paměť RAM, rozsáhlé TB disky k ukládání dat i výkonné procesory. Nutností je také 64 bit software, který nemá limitovaný tzv. paging file a dokáže tak pracovat s různě velkými soubory dat. Nejdůleži- tějším aspektem pro to, dosáhnout potřebného výsledku a vytáhnout ze spekter žádoucí informace, jsou (mimo zkušenou obsluhu) i softwarové nástroje a o těch se rozepíšeme v další kapitole. Interpretace mikroskopických dat Interpretace dat z FTIR i Ramanovy mikroskopie spočívá v tom, že v každém bodě máme změřené spektrum, které v sobě nese chemickou
Obr. 2: Ramanův mikroskop SENTERRA II
26
CHEMAGAZÍN • 4 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online