Applications Raman

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Combinant l'acquisition d'informations spatiales et spectrales d'un échantillon, l'imagerie hyperspectrale Raman peut s'avérer précieuse dans les industries pharmaceutique et cosmétique, de la découverte des composés aux produits post-commercialisation. La technique Raman permet de caractériser les propriétés chimiques (identification, distribution et teneur en substances actives et excipients) et physiques (état solide/polymorphisme, taille des particules) d'un échantillon.

Saviez-vous que le Raman pouvait faire cela? (vidéos en anglais)

Notes d'application

• FLUO, RA, PSA 02: Spectroscopic methods for sunscreens characterization
• RA PSA 01: Particle characterization by optical spectroscopies and laser diffraction
• RA69: Soap compound investigation by Raman mapping

Publications

• “Raman Spectroscopy and Polymorphism.” Tuschel D. (2019). Spectroscopy, 34(3):10-21
• “Towards a spray-coating method for the detection of low-dose compounds in pharmaceutical tablets using surface-enhanced Raman chemical imaging (SER-CI).” Cailletaud J. and al. (2018). Talanta, 188:584-592
• “Applications of Spectroscopy and Chemical Imaging in Pharmaceutics.” Gowen, A. A. and Amigo, J. M. (2013). In Handbook of Biophotonics (eds J. Popp, V. V. Tuchin, A. Chiou and S. H. Heinemann).doi:10.1002/9783527643981.bphot083

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L'évolution rapide de la technologie nécessite des sources d'énergie plus fiables, plus efficaces et plus puissantes. La spectroscopie Raman est adaptée à la caractérisation des matériaux développés pour les sources d'énergie. Cette caractérisation inclut les propriétés structurelles et électroniques, ou l'analyse des défaillances, particulièrement utile dans le processus de contrôle qualité, ou les comparaisons d'état sur différentes périodes pour les études de stabilité.

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Notes d'application

• RA67: Combined Raman photoluminescence imaging of 2D WS2
• RA53: Raman spectroscopy applied to the lithium-ion battery analysis
• RA42: Raman imaging of a single gallium nitride nanowire: pushing the limits of confocal microscopy

Publications

• “Revealing the role of interfacial properties on catalytic behaviors by in situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy”. Zhang H. and al. (2017). J. Am. Chem. Soc. 139(30):10339-10346
• “Raman imaging for LiCoO2 composite positive electrodes in all-solid-state lithium batteries using Li2S-P2S5 solid electrolytes”. Otoyama M. and al. (2016). Journal of Power Sources, 302:419-425
• “Photoluminescence and Raman study of Cu2ZnSn(SexS1-x)4 monograins for photovoltaic applications”. Grossberg M. (2011). Thin solid films, 519(21):7403-7406

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La contamination de l'eau (marées noires, microplastiques) et la pollution de l'air (aérosols, émissions de gaz) sont les deux principaux types de pollution de l'environnement dans le monde. Cette problématique majeure de santé publique nécessite le recours à des outils de caractérisation analytique innovants tels que la spectroscopie microRaman. La haute sélectivité chimique de cette technique permet une caractérisation et une identification morphologiques et chimiques rapides des microparticules.

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Notes d'application

• RA71: Morphological and chemical characterizations of microplastic particles using Particle Finder™ and Raman techniques
• RA56: Identification of airbone pollen by Raman spectroscopy
• RA48: Confocal Raman microspectrometry imaging combined with chemometric methods for environmental applications

Publications

• “Identification of microplastics using Raman spectroscopy: Latest developments and future prospects.” Araujo C.F. and al. (2018). Water Research. 142:426-440
• “Combining Raman microspectrometry and chemometrics for determining quantitative molecular composition and mixing state of atmospheric aerosol particles.” Siepka D. and al. (2018). Microchemical Journal. 137:119-130
• “Quantitative SERS sensors for environmental analysis of naphthalene.” Péron O. and al. (2011). Analyst. 136:1018-1022

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La spectroscopie Raman est une technique non invasive et sans marquage avec une résolution spatiale submicronique, autant d'avantages clés pour les analyses des sciences de la vie.
Combinée à des méthodes chimiométriques, elle peut être particulièrement utile pour l'étude d'échantillons globaux et de cellules uniques, à des fins de discrimination : distinction des cellules saines et malades d'après leurs propriétés chimiques et/ou structurelles et classification des bactéries/levures jusqu'au niveau des souches.

Notes d'application

• RA62: Direct identification of clinically relevant microorganisms on solid culture media by Raman spectroscopy
• RA60: Investigating the atherosclerosis process by monitoring lipid deposits including cholesterol and free fatty acids
• RA59: Raman investigation of microorganisms on a single cell level

Publications

• “Raman reporters derived from aryl diazonium salts for SERS encoded-nanoparticles.” Yun Luo and al. (2020). Chem. Commun., 2020, Advance Article
• “An automated Raman-based platform for the sorting of live cells by functional properties.” Lee K.S. and al. (2019). Nature Microbiology. 4:1035-1048.
• “Development of methodology for Raman microspectroscopic analyis of oral exfoliated cells.” Behl I. and al. (2017). Anal. Methods. 9:937-948.
• “In vitro monitoring of time and dose dependent cytotoxicity of aminated nanoparticles using Raman spectroscopy.” Efeoglu E. and al. (2016). Analyst. 141:5417-5431.

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Les polymères naturels ou synthétiques sont omniprésents dans notre quotidien, par exemple dans nos vêtements, les bâtiments, les emballages ou encore les voitures. De nombreuses industries ont besoin d'instruments d'analyse pour contrôler leurs produits. Dans le domaine des polymères, la spectroscopie Raman peut s'avérer utile pour l'identification chimique, la détermination de la distribution, le profilage en profondeur, la surveillance de la polymérisation et l'analyse des contraintes sur les composés.

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Notes d'application

• RA89: Resolving micron-sized layers in multilayer films with Raman microscopy by cross-section analysis and confocal depth profiling
• RA81: Characterization of protective mask fibers by Raman microscopy
• RA76: Raman Microscopy Applied to Polymer Characterization: An Overview
• RA55: Transmission Raman spectroscopy: review of applications
• Polymers 05: Concentration profile measurements in polymeric coatings during drying by means of Inverse-Micro-Raman-Spectroscopy (IMRS)
• Polymers 04: Raman imaging of holographic gratings inscribed on polymer thin films

Publications

• “Polarized Raman analysis of polymer chain orientation in ultrafine individual nanofibers with variable low cristallinity.” Papkov and al. (2018). Macromolecules. 51(21):8746-8751.
• “Cold gas spray titanium coatings onto a biocompatible polymer.” Gardon M. and al. (2013). Materials Letters. 106:97-99.
• “Direct detection of analyte binding to single molecularly imprinted polymer particles by confocal Raman spectroscopy.” Bompart M. and al. (2009). Biosensors and Bioelectronics. 25(3):568-571.

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Les nanomatériaux sont considérés comme des matériaux dont au moins l'une des trois dimensions est réduite à l'échelle nanométrique. Selon cette définition, les nanomatériaux incluent :

• les matériaux 2D, essentiellement monocouches, tels que le graphène ou les monocouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), qui jouent souvent un rôle essentiel dans les applications électroniques, matérielles ou biologiques ;
• les structures quasi-2D, telles que les hétérostructures, qui sont constituées d'un empilement de couches très fines et présentent ainsi de nouvelles propriétés physiques ;
• les matériaux quasi-1D (par ex., nanotubes, nanofils et nanotiges de carbone) ;
• les matériaux 0D, qui sont des points quantiques ou des nanoparticules.

La spectroscopie Raman est un excellent outil qui permet de répondre à de nombreuses questions sur la structure et les propriétés de ces matériaux en vue de leur développement.

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Notes d'application

• RA54: Number of layers of MoS2 determined using Raman spectroscopy
• RA50: Graphene studies using Raman spectroscopy
• RA14: SWNTs, Quality control by Raman spectroscopy

Publications

• “Validity of measuring metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube fractions by quantitative Raman spectroscopy.” Tian Y. and al. (2018). Anal. Chem. 90(4):2517-2525.
• “Multicolor graphenenanoribbon/semiconductor nanowire heterojunction light-emitting diodes.” Ye Y. and al. (2011). J. Mater. Chem. 21:11760-11763.
• “Photoluminescence emission and Raman response of monolayer MoS₂, MoSe₂, and WSe₂.” Tonndorf P. and al. (2013). Optics Express. 21(4):4908-4916.

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Les roches naturelles qui forment notre planète sont complexes. Elles sont constituées d'un agrégat d'un ou plusieurs minéraux, dont chacun peut être défini par sa composition chimique et sa structure cristalline, et peut parfois aussi contenir des inclusions fluides. Les géologues ont besoin d'une technique de caractérisation puissante pour obtenir des informations détaillées sur l'histoire de la formation des roches. La spectroscopie Raman permet d'obtenir un grand nombre d'informations (identification chimique, caractérisation des structures moléculaires, effets des liaisons chimiques, de l'environnement et des contraintes sur un échantillon). Ses propriétés non destructives et sa haute résolution spatiale (< 1 μm) en font donc l'outil idéal pour les études géologiques.

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Notes d'application

• RA84: Co-localized microscopy techniques for pyrite mineral spatial characterization
• RA23: Study of geological materials with Raman Spectroscopy
• RA15: Coloured diamond defect identification by Raman diffusion and photoluminescence

Publications

• “Evaluating molecular evolution of kerogen by Raman spectroscopy: Correlation with optical microscopy and rock-eval pyrolysis.” Khatibi S. and al. (2018). Energies. 11(6):1406
• “Hydrogen in silicate melt inclusions in quartz from granite detected with Raman spectroscopy.” Li J. and Chou I.M. (2015). Journal of Raman spectroscopy. 46(10):983-986.
• “Raman spectroscopic analysis of geological and biogeological specimens of relevance to the ExoMars mission.” Edwards H.G.M. and al. (2013). Astrobiology. 13(6):543-549.

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Depuis plus d'une décennie, la spectroscopie Raman est reconnue comme un outil d'analyse efficace et puissant dans le domaine de l'analyse scientifique. Non destructive, sans contact et non contaminante, cette technique ne nécessite aucune préparation de l'échantillon, ce qui permet de conserver les plus petits éléments de preuve pour procéder à des analyses ultérieures du même échantillon afin de confirmer les résultats. En outre, la technique Raman ne nécessite que d'infimes quantités de matériau grâce à la haute résolution spatiale du système confocal.
L'effet Raman est très sensible aux légères variations de composition chimique et de structure cristallographique. Ces caractéristiques sont très utiles pour la recherche de drogues illicites, pour l'analyse d'encres in situ sur des surfaces en papier afin d'authentifier des documents imprimés et pour la recherche de matériaux explosifs (présence sur les surfaces, distribution de composants individuels).

Notes d'application

• RA20: The non destructive and in-situ identification of different black inks

Publications

• “Raman spectroscopic method for semen identification: azoospermia.” Fikiet M.A. and Lednev I.K. (2019). Talanta. 194:385-389.
• “Rapid detection of drugs and explosives for forensic analysis.” Meinhart C.D. and al. (2018). US Army RDECOM.
• “Raman microspectroscopic mapping as a tool for detection of gunshot residue on adhesive tape.” Bueno J. and al. (2018). Anal. and Bioanal. Chem. 410(28):7295-7303.

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La spectroscopie Raman s'établit progressivement comme une technique d'analyse de caractérisation des aliments et des boissons. Dans ce domaine, les techniques d'analyse visent principalement la détermination de la composition par des méthodes quantitatives, le contrôle qualité (falsification, contamination bactérienne) et l'identification d'impuretés ou de substances indésirables. À l'inverse des techniques chromatographiques, les analyses Raman sont rapides et ne nécessitent pas de solvants ou de préparation d'échantillons. De plus, contrairement aux techniques infrarouges, la spectroscopie Raman n'est pas sensible à la forte teneur en eau. Elle est donc bien adaptée à l'analyse des solutions aqueuses.

Notes d'application

• AN04: Milk compounds characterization by optical spectroscopies and laser diffraction
• RA52: Characterization of encapsulated flavours using Raman spectroscopy
• RA51: Fat acids characterization for food quality using Raman spectroscopy

Publications

• “Determination of extremely low concentration of sucrose in aqueous solution by Raman spectroscopy.” Rahimi N. and al. (2019). Proc. SPIE. 10881
• “Development of an optimal filter substrate for the identification of small microplastic particles in food by micro-Raman spectroscopy.” Obmann B.E. and al. (2017). Anal. and Bioanal. Chem. 409(16):4099-4109
• “The use of Raman spectroscopy in food processes: a review.” Jin H. and al. (2015). Applied Spectroscopy reviews. 51(1)12-22.

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Les plus grands experts en archéologie et en arts se basent sur l'analyse stylistique et les perceptions sensorielles personnelles pour authentifier des artefacts anciens. En outre, l'expertise scientifique est indispensable pour l'identification, la datation et la détection, afin d'éviter tout risque de falsification. Les difficultés rencontrées sont liées à la nature même des échantillons : ils sont uniques, disponibles en très petite quantité et leur manipulation doit être réduite au minimum. La spectroscopie Raman est parfaitement adaptée à ces conditions, car elle permet de réaliser des analyses non destructives et sans contact.

Notes d'application

• Art03: Micro-Raman pigment analysis of wall paintings from a church in the Skopje Fortress, Republic of Macedonia
• RA02: Archaeometric analysis of ancient pottery
• Art01: The non destructive and in-situ analysis of pigments

Publications

• “Non-invasive on-site Raman study of blue-decorated early soft-paste porcelain: The use of arsenic-rich (European) cobalt ores – Comparison with huafalang Chinese porcelains.” Colomban P. and al. (2018). Ceramics International. 44(8):9018-9026.
• “Raman spectroscopy and scanning electron microscopy confirm ochre residues on 71 000-year-old bifacial tools from Sibudu, South Africa.” Wojcieszak M. and Wadley L. (2018). Archaeometry. 60(5):1062-1076.
• “Raman characterization of painted mortar in Republican Roman mosaics.” Boschetti C. and al. (2008). Journal of Raman spectroscopy. 39(8):1085-1090.

Témoignage

• [SelectScience Video] Prof. Philippe Colomban, CNRS Research Professor Emeritus, Sorbonne University, France, gives an insight into his research in the field of material science and the use of Raman spectroscopy to gain a greater understanding of ancient Chinese artefacts.