Hablamos con Ibrahim Mikhail, investigador postdoctoral (Química Analítica) en el Centro Australiano de Investigación sobre Ciencias de la Separación (ACROSS), Universidad de Tasmania, Australia, sobre su trabajo en el desarrollo de un detector de absorción de múltiples longitudes de onda que utiliza luz ultravioleta profunda pulsada. diodos (DUV-LED) y cómo funciona este detector en comparación con otros detectores estándar.
P. En HPLC 2023, su grupo presentó una investigación sobre el desarrollo de un detector de absorción de múltiples longitudes de onda de bajo costo que utiliza diodos emisores de luz (DUV) ultravioleta profundo pulsado.–LED) (1). ¿Qué desafíos enfrentó en su desarrollo?
A: El detector ha sido desarrollado por el grupo de investigación del profesor Brett Powell para una variedad de aplicaciones de cromatografía líquida (LC), incluido el análisis farmacéutico y el análisis ambiental.
El sistema de detección se basa en un software y una electrónica desarrollados internamente. Se requirió un equipo multidisciplinario formado por científicos analíticos, ingenieros de software e ingenieros eléctricos para desarrollar el nuevo detector de absorción DUV y mejorar su rendimiento.
Nos enfrentamos a algunos desafíos con la selección de los componentes ideales para el sistema. Por ejemplo, la elección de un fotodetector sensible y de alta capacidad de respuesta fue crucial, ya que se trata de pulsos de luz de μs. Además, la salida de múltiples LED pulsantes se transmitía a la celda de flujo y al fotodetector a través de fibras ópticas, por lo que se requería una celda de flujo compatible con fibra óptica.
Además, se trabajó mucho para ajustar los pulsos de corriente en términos de ancho de pulso, intensidad, ciclo de trabajo y frecuencia para lograr un rendimiento y una sensibilidad óptimos en diferentes longitudes de onda.
pregunta ¿En qué se diferencia esta versión de Dictator de las versiones anteriores publicadas?
A: Para lograr la detección de longitudes de onda múltiples utilizando LED casi monocromáticos, varios grupos de investigación han realizado esfuerzos para desarrollar detectores ópticos basados en LED múltiples (2-6). Se han investigado varios métodos, pero muchos de ellos adolecen del uso de ópticas complejas, espectrómetros de dispositivos de carga acoplada (CCD) costosos o componentes electrónicos costosos. Además, algunos de estos sistemas sólo permitían una ola a la vez. En esta versión del detector absorbente de múltiples LED, utilizamos tres LED DUV pulsantes como fuente de luz y un fotodiodo para la fotodetección. El concepto aquí es bastante diferente de la versión anterior del detector de absorción de múltiples LED publicado por nuestro grupo en la revista. Química analítica (2). Las versiones anteriores se basaban en un espectrómetro CCD para resolver las señales de luz constante de múltiples LED. En nuestra nueva versión, los LED funcionan en modo de pulso de alta velocidad utilizando una computadora de placa única (SBC) rentable. Se empleó el mismo SBC para el procesamiento de señales, la adquisición de datos y el procesamiento de datos. Como resultado, logramos utilizar un solo fotodiodo ($85 USD) para la fotodetección en lugar de usar un espectrómetro CCD, que cuesta $16,000 USD.
P. ¿Por qué se utilizan LED en la detección de absorción?
A: La detección de la absorción se realiza tradicionalmente mediante una lámpara de deuterio. Sin embargo, estas lámparas son grandes, con un alto consumo de energía y una vida limitada. Los LED se están volviendo cada vez más populares debido a su pequeño tamaño, corto tiempo de calentamiento, bajo consumo de energía, bajo costo y larga vida útil. Además, los LED generan menos calor en comparación con las lámparas de deuterio, lo que da como resultado una salida más estable y menos ruido. Esto hace que todos los LED sean ideales para detectores pequeños utilizados en aplicaciones in situ y en puntos de atención. Fue por estas razones que implementamos LED en nuestro novedoso sistema de detección.
pregunta ¿Qué tiene de novedoso este método?
A: Estamos utilizando un SBC rentable para la generación de pulsos DUV, sincronización de señales y procesamiento de datos «sobre la marcha». Esta es la primera implementación de este SBC en la detección de absorción de DUV. El SBC, que cuesta 600 dólares, permite la detección simultánea de múltiples longitudes de onda sin el uso de costosos monocromadores o espectrómetros CCD; Sólo se incluyó un fotodiodo.
pregunta ¿Cómo funciona este detector en comparación con otros detectores estándar?
A: El límite superior de la linealidad del detector es similar al de muchos detectores absorbentes de UV estándar, con una linealidad de hasta ~2 AU. El detector LED pulsante también presenta poca luz parásita: menos del 1%. Además, la integración de una celda de flujo altamente sensible nos permitió alcanzar concentraciones detectables de analitos. Sin embargo, los detectores de absorción de matriz de diodos estándar ofrecen más flexibilidad en la elección de longitudes de onda y anchos de banda de detección, así como mejores algoritmos para el suavizado y la interpretación de datos, pero a un costo mucho mayor.
pregunta ¿En qué posibles aplicaciones se podría utilizar este detector?
A: El detector de absorbancia LED pulsante está diseñado para aplicaciones de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). Se puede aplicar siempre que se requiera detección simultánea de múltiples longitudes de onda y puede representar una alternativa económica a los detectores de matriz de diodos. Para analitos con diferentes máximos de absorbancia en muestras de múltiples componentes, es necesaria la detección simultánea de absorbancia de múltiples longitudes de onda para lograr una sensibilidad óptima y minimizar la interferencia de la matriz. Se puede utilizar la estimación de la relación de absorbancia entre diferentes longitudes de onda para ayudar a confirmar la identidad de los analitos. Nuestro nuevo detector se ha implementado con sistemas HPLC comerciales y se ha aplicado al análisis farmacéutico y al análisis ambiental.
pregunta ¿Es necesario modificar el detector?
A: La versión actual del detector permite la detección simultánea de la absorción DUV en tres longitudes de onda. Sin embargo, se pueden integrar más LED para permitir el análisis en más longitudes de onda utilizando el mismo concepto.
Dado que el detector se basa en LED intermitentes, el nivel de ruido sigue siendo relativamente alto. La reducción del nivel de ruido se realizará mediante varios algoritmos de promedio y suavizado.
Igualmente importante es que trabajaremos para hacer que los sistemas de detección sean más compactos y rentables utilizando conectores y celdas de flujo impresos en tres dimensiones (3D).
P: ¿En qué estás trabajando actualmente?
A: Además de las mejoras deseadas mencionadas anteriormente, estamos trabajando en más aplicaciones que utilizan detectores LED pulsantes. También estamos desarrollando métodos ecológicos y simples para analizar modelos ambientales complejos.
referencias
(1) Paull, B. Detector de absorción de longitud de onda múltiple de bajo costo basado en LED UV pulsados. Presentado en: HPLC 2023. 18-22 de junio de 2023. Düsseldorf, Alemania. O67.
(2) Hamida, M. Coates, LJ; Lam, S. y otros. Un mini sistema de detección de absorción basado en LED UV profundo de longitud de onda múltiple para LC capilar. el ano Leva. 2020, 92 (20), 13688-13693. DOI: 10.1021/ac. analchem.0c03460
(3) Bowie, fiscal del distrito; Kraiczek, KG; Hauser, PC Mediciones de absorción molecular a lo largo de una fibra óptica con una matriz acoplada de diodos emisores de luz ultravioleta. el ano dicho solidaridad 2017, 986. Aunque, 95-100. DOI: 10.1016/j.aca.2017.07.007
(4) Sistock, J. Planita, J. Kahle, V. Detector óptico compacto que utiliza diodos emisores de luz, celda capilar de sílice en forma de L de 50 nL y espectrómetro CCD para el monitoreo simultáneo de múltiples longitudes de onda de la absorbancia y la fluorescencia en cromatografía líquida de microcolumnas. el ano dicho solidaridad 2020, 1112, 80–91. DOI: 10.1016/j.aca.2020.03.020
(5) Kraiczek, KG; Bonjour, R. Salvadé, Y.; Zengerle, R. Fuentes de radiación UV-Vis altamente flexibles y nuevos esquemas de detección para la detección espectrofotométrica por HPLC. el ano Leva. 2014, 86 (2), 1146-1152. DOI: 10.1021/ac403146y
(6) Hauser, PC; Rupasinghe, TWT; Cates, NE Un fotómetro de múltiples longitudes de onda basado en diodos emisores de luz. Talento 1995, 42 (4), 605-612. DOI: 10.1016/0039-9140(95)01455-K
