표면 강화 라만 분광법을 사용한 불법 약물 식별

SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy)는 금 또는 은 나노입자가 라만 신호를 증폭하는 라만 분광법의 확장입니다. 이 기술은 분자가 금 또는 은 입자와 근접하게 되는 전자기 효과를 통해 작동합니다. 입사 레이저 광이 나노입자 표면에 부딪히면 국소화된 표면 플라즈몬이 여기되어 라만 신호를 크게 향상시킬 수 있습니다. SERS를 사용한 불법 약물 식별 기능이 크게 향상되어 SERS가 코카인, 헤로인, 메탐페타민 및 THC(테트라히드로칸나비놀)와 같은 불법 약물의 추적 수준 탐지에 매우 적합합니다.

Ocean Optics SERS 기술이 미량 약물을 얼마나 잘 감지할 수 있는지 테스트하기 위해 Ocean Optics 모듈식 라만 설정과 함께 금 나노입자를 사용하여 측정을 수행했습니다. 우리가 발견한 바와 같이, 금 나노입자를 사용하는 여러 불법 약물 탐지는 몇 밀리와트의 레이저 출력만 필요로 하는 신속하고 신뢰할 수 있는 기술입니다.

샘플 준비: 헤로인 하이드로클로라이드, 코카인 하이드로클로라이드, Δ9-테트라하이드로칸나비놀 및 (±)-메탐페타민을 메탄올에서 100ppm, 10ppm 및 1ppm 용액으로 준비했습니다. 분석 물질에 민감한 나노 입자 화학으로 구성된 Ocean Optics SERS 기술의 경우 여러 불법 약물의 100ppm, 10ppm 및 1ppm 용액 50μL를 사용했습니다. 우리는 타당성을 결정하기 위해 이러한 농도를 테스트했지만 결과는 더 낮은 농도가 가능함을 시사합니다.

실험 설정: 금 나노입자 측정을 위해 QE Pro-Raman+ 고감도 분광계, 라만 여기 및 샘플링 광학용 785nm 레이저로 구성된 모듈식 라만 시스템을 사용했습니다. 785nm 여기는 대부분의 화학 물질에 대해 형광 간섭이 제한적인 우수한 라만 스펙트럼을 생성합니다. 이 시스템은 또한 매우 우수한 스펙트럼 분해능을 제공하므로 화학 물질 및 유기 물질의 라만 분광법에 선호되는 파장 선택이 됩니다. 스펙트럼에서 입증된 바와 같이, Ocean Optics 나노입자를 활용하는 SERS 방법은 불법 약물의 ppm 수준을 감지할 수 있으며, 이는 Raman 기술만으로는 달성할 수 없습니다. 또한 특정 피크는 더 높은 라만 단면을 가지며 각 피크는 분자가 금 표면에 대해 어떻게 배향되는지에 따라 금 나노입자에 의해 다르게 향상됩니다. 실험 결과는 다음과 같습니다.

그림 1. 코카인의 향상된 라만 스펙트럼
 

그림 2. 헤로인의 향상된 라만 신호는 뚜렷한 스펙트럼 특징을 나타냅니다.
 

 
그림 3. 메스암페타민의 향상된 라만 신호는 1000cm 부근에서 강한 피크를 나타냅니다.
 

 
그림 4. 형광 간섭 가능성에도 불구하고 THC에서 강한 라만 반응이 관찰됩니다.

결론: 시장에 나와 있는 다른 SERS 기판과 비교할 때 Ocean Optics 나노입자는 SERS 성능을 벤치마킹하기 위해 일반적으로 사용되는 분자의 광범위한 저농도에 대해 더 나은 감도를 나타냅니다. 또한 Ocean Optics 나노입자는 시료 준비 및 측정이 몇 분 또는 몇 시간이 아닌 몇 초 만에 완료되므로 훨씬 더 견고하고 사용이 간편합니다.