LUMOS. Innovation with Integrity. FT-IR-Mikroskopie leicht gemacht FT-IR

Transkript

1 LUMOS FT-IR-Mikroskopie leicht gemacht Innovation with Integrity FT-IR

2 LUMOS: Klare Sicht auf s Kleinste mit Komfort LUMOS ist ein vollautomatisiertes FT-IR-Mikroskop. Es genügt höchsten Ansprüchen bei der visuellen Betrachtung und der IR-spektroskopischen Analyse, wobei es einen bisher unerreichten Komfort in der Bedienung bietet. Alle verstellbaren Komponenten im LUMOS sind motorisiert und vernetzt, wodurch ein hoher Grad an Automatisierung erreicht wird. Die sehr intuitive Software führt den Anwender Schritt für Schritt durch die mikroskopische Analyse. Dabei werden immer nur die Optionen präsentiert, die für den nächsten Schritt sinnvoll sind. Beim LUMOS ist auch der ATR-Kristall motorisiert, sodass nicht nur die IR-Messungen in Transmission und Reflexion, sondern auch in ATR voll automatisiert durchgeführt werden. Obwohl das LUMOS für Nicht-Experten und die typischen Fragestellungen in der Routine konzipiert wurde, ist es aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit auch für sehr anspruchsvolle Anwendungen geeignet. Eigenständiges FT-IR-Mikroskop mit Vollautomatisierung Höchster Komfort in der Bedienung Motorisierter ATR-Kristall (ATR=abgeschwächte Totalreflexion) mit integrierter Druckkontrolle Großer Arbeitsabstand; viel Raum zwischen Probentisch und Objektiv Hohe Qualität der visuellen und IR-spektroskopischen Ergebnisse

3 Vollautomatisiertes FT-IR-Mikroskop

4 LUMOS: Viel Intelligenz Automatisierte FT-IR-Mikroskopie für einfache Bedienung Das LUMOS ist ein eigenständiges FT-IR-Mikroskop, in dem ein FT-IR-Spektrometer integriert ist. Das Hauptziel bei der Entwicklung des LUMOS war die einfache und komfortable Bedienung bei hoher Leistungsfähigkeit. Um dieses Ziel zu erreichen, sind alle beweglichen Komponenten motorisiert und elektronisch kodiert. Durch diesen hohen Grad der Automatisierung wird im LUMOS eine Intelligenz erreicht, die einen sehr bequemen Bedienungsablauf ermöglicht. Eine zentrale Neuerung ist die Motorisierung des ATR-Kristalls innerhalb des Objektivs. Damit ist das LUMOS im Stande, zwischen allen verschiedenen Messmodi umzuschalten und die kompletten Messungen in ATR, Transmission und Reflexion inklusive der Hintergrund-Messungen automatisiert durchzuführen. Für maximalen Komfort in der Anwendung bietet das LUMOS: Motorisierter ATR-Kristall Motorisierte transparente Schneidenblende Motorisierter Kondensor Motorisierung von VIS-Polarisator und -Analysator (Option) Motorisierter Probentisch (Option) Motorisierter z-trieb Motorisierte Umschaltung zwischen VIS- und IR-Modus Automatisierte Anpassung der numerischen Apertur bei VIS- und IR-Modus Elektronische Erkennung der Einlege-Platten des motorisierten Probentisches Die Software des LUMOS nutzt die Automatisierung, um den Anwender sehr effizient durch den Prozess der Datenaufnahme zu führen. Alle Funktionen des LUMOS werden über die Software gesteuert, wobei dem Anwender immer nur die sinnvollen Optionen für den nächsten Schritt angeboten werden. Das LUMOS enthält ein 8x-Objektiv, das für die Messungen in Transmission, Reflexion und ATR verwendet wird. Der ATR-Kristall ist während der visuellen Betrachtung der Probe und bei Messungen in Transmission und Reflexion im Objektiv versenkt. Für die ATR-Messung wird der Kristall über einen kodierten Piezo-Antrieb im Fokus positioniert. Während der Datenaufnahme wird die Konstanz des Anpressdruckes von dem Kristall auf die Probe intern überwacht. Drei verschiedene Druckstufen sind verfügbar, um optimale Ergebnisse für sehr weiche bis zu extrem harten Proben zu erhalten. Für Hintergrund-Messungen wird der Kristall in die Fokusposition gefahren, ohne Kontakt zur Probe zu haben. Mit Hilfe des motorisierten ATR-Kristalls werden beim LUMOS also Probenund Hintergrund-Messungen in ATR vollautomatisiert durchgeführt. Weil als Kristall-Material Germanium eingesetzt wird, das einen sehr hohen Brechungsindex aufweist (n Ge =4), können sogar dunkle Proben analysiert werden. Sollte der Kristall durch Proben mit sehr harten, kleinen Strukturen, beschädigt werden, kann der Anwender diesen sehr einfach selbst austauschen.

5 Das LUMOS bietet viel Platz für die Probe und einen sehr großen Arbeitsabstand. Die Probenpositionierung ist daher sehr bequem, zumal der Tisch von allen Seiten gut zugänglich ist. Positionierung der Probe Der große Abstand zwischen Probentisch und Objektiv ist ein klares Zeugnis für den Bedienungskomfort beim LUMOS. Der Arbeitsabstand des Objektivs beträgt 30 mm. Bis zu 40 mm dicke Proben können zur Analyse auf dem Tisch platziert werden, ohne dass das Gerät dafür verändert werden muss. Die flache Oberfläche des Tisches und dessen gute Zugänglichkeit machen es dem Anwender leicht, die Probe zu positionieren. Der Bereich, der für die mikroskopischen Messungen angesteuert werden kann, ist augenfällig markiert. Probentisch Für das LUMOS sind manuelle und motorisierte Probentische verfügbar. Wenn die Probe automatisiert an mehreren Positionen analysiert werden soll oder sogar IR-spektroskopische Bilder aufgenommen werden sollen, ist ein motorisierter Probentisch erforderlich. Dieser zeichnet sich durch einen großen Einstellbereich (75 x 50 mm) bei hoher Einstellgenauigkeit (0,1 µm) aus, so dass auch große Probenareale mit hoher Ortsauflösung vermessen werden können. Dieser Tisch kann sowohl über den Joystick als auch über die Software gesteuert werden. Die Standard-Einlegeplatte des motorisierten Probentisches enthält Referenzpositionen für die automatisierten Hintergrundmessungen in Reflexion und Transmission (nicht erforderlich für ATR). Eine visuelle Struktur auf dieser Platte dient der automatischen Eigenkalibration der Optik des LUMOS. Um Proben in einer bestimmten Position zu fixieren, sind spezielle Halter verfügbar. Der motorisierte Tisch des LUMOS ist weiterhin auch zu Messzellen kompatibel, die die Einstellung der Temperatur und des Druckes an der Probe während der mikroskopischen Analyse erlauben.

6 Einfache Bedienung mit hohem Komfort Das LUMOS ist ein sehr kompaktes FT-IR-Mikroskop. Seine Abmessungen (Breite x Höhe x Tiefe) sind nur 30 x 64 x 52 cm, so dass es wesentlich weniger Platz benötigt als konventionelle FT-IR-Mikroskope. Visuelle Betrachtung Das LUMOS enthält ein 8x-Objektiv, das für Messungen in Transmission, Reflexion und ATR verwendet wird. Es bietet ein sehr großes Sichtfeld (FOV: 1,5 x 1,2 mm) bei hoher numerischer Apertur. Die Optik des LUMOS ist speziell auf dieses Objektiv angepasst, so dass eine sehr gute Bildqualität ohne Abbildungsfehler resultiert. Das LUMOS bietet eine hohe Tiefenschärfe bei der visuellen Betrachtung der Probe und eine hohe Empfindlichkeit bei der IR-Messung. Dazu wird die numerische Apertur des Objektives zwischen VIS- und IR-Modus automatisch verändert. Das LUMOS ist mit zwei unabhängigen und stufenlos dimmbaren LED-Leuchten für die Beleuchtung in Transmission und Reflexion ausgestattet. Der FT-IR-Mikroskopen mit Cassegrain-Objektiven eigene Abbildungsfehler der Bildfeldkrümmung wird beim LUMOS mittels einer patentierten integrierten Transferoptik korrigiert, so dass das Bild der Probe über das gesamte Sichtfeld sehr scharf ist. Zur Kontrastverstärkung sind Köhler-Blenden implementiert. Um auch sehr kleine Strukturen gut untersuchen zu können, ist ein digitaler Zoom verfügbar, der die Bildvergrößerung von 8x auf 32x verstärkt. Alle Bilder werden mit einer schnellen und leistungsfähigen CCD-Kamera aufgenommen. Optional sind ein motorisierter Polarisator und ein motorisierter Analysator verfügbar, so dass doppelbrechende Proben leichter erkannt werden können.

7 Eigenständiges FT-IR-Mikroskop Software Die intuitive Benutzeroberfläche des LUMOS führt den Anwender durch die Aufnahme der Daten. Die Funktionsleiste links präsentiert die Optionen, die für den aktuellen Schritt sinnvoll sind. Der mittlere Bereich zeigt das Live-Bild der Probe. Die bereits aufgenommenen visuellen Bilder der Probe sind im Übersichtsbild auszuwählen (rechts). Die Messpositionen können mit individueller lateraler Auflösung unregelmäßig (siehe Live-Bild oder Übersichtsbild) oder regelmäßig (Linien, Gitter) definiert werden. Anmerkungen sind an beliebiger Stelle einfügbar. Arbeitsablauf und Software Das LUMOS wird über OPUS gesteuert, eine anwenderfreundliche und sehr leistungsfähige Spektroskopie- Software, die den gesamten Prozess der Messung, Verarbeitung, Auswertung und Darstellung begleitet. OPUS-Video führt den Anwender Schritt für Schritt durch die Datenaufnahme. Mit dieser Oberfläche führt der Anwender die visuelle Betrachtung der Probe durch, definiert die Messpositionen, die Ortsauflösung sowie die Messzeit und startet dann die automatisierte Messung. OPUS-Video zeigt immer nur die Funktionen, die für den nächsten Schritt sinnvoll eingesetzt werden können, so dass der Arbeitsfluss sehr effizient ist und eine Fehlbedienung vermieden wird. Alle Komponenten des LUMOS sind motorisiert und vernetzt, so dass die IR-spektroskopische Analyse in Transmission, Reflexion und ATR voll automatisiert ist. Die Ergebnisse einer Messung (sichtbare Bilder, IR-Spektren, IR-Bilder und Informationen zu Probe und Experiment) werden in einer Datei abgelegt. Die Auswertung und Darstellung dieser Dateien erfolgt ebenfalls in OPUS. Selbst große IR-Mapping- und Imaging-Dateien können mit OPUS leicht und schnell über viele uni- und multivariate Verfahren evaluiert werden. Die IR-Bilder können in diversen 2D- und 3D-Perspektiven auf oder neben den visuellen Bildern dargestellt werden. Die spektralen Daten werden meist über Integrations-Algorithmen sowie 3D-Cluster- und Hauptkomponenten-Analysen ausgewertet, um die chemische Zusammensetzung oder die Homogenität der Probe zu erkennen. Zur Identifizierung werden Bibliothekssuchen mit Referenz-Datenbanken durchgeführt oder die IR-Daten über multilineare Regression mit einzelnen Referenz- Spektren verglichen. Um dem Anwender auch zu ermöglichen, unbekannte Substanzen zu identifizieren, stehen große Spektren- Bibliotheken zur Nutzung mit den leistungsfähigen Auswertealgorithmen von OPUS bereit. Alle verschiedenen Darstellungen in OPUS können sehr einfach und mit hoher Auflösung in viele verschiedene Formate exportiert werden.

8 Leistungsfähige Technologie Hochleistungs-Interferometer Das LUMOS ist ein eigenständiges FT-IR-Mikroskop mit integriertem FT-IR-Spektrometer. Das Herz eines FT-IR-Spektrometers ist das Interferometer. Das LUMOS nutzt ein permanent justiertes RockSolid-Interferometer. Die beiden Retroreflektor-Spiegel (=Würfelecken- Spiegel) befinden sich darin in einer Pendelanordnung, die im Schwerpunkt über eine Kreuzfeder verschleißfrei gelagert ist. Weil Retroreflektoren einen Lichtstrahl immer absolut parallel zur Einfallsrichtung reflektieren, ist dieser Interferometer-Typ permanent justiert und extrem stabil gegen Schwingungen und thermische Effekte. Typische Daten ATR-Map eines Farbsplitters (4 cm -1 spektrale Auflösung, 16 sec Messzeit / Position). Die Apertur wurde an den Messpunkten gemäß der Ausdehnung der verschiedenen Schichten im visuellen Bild gesetzt. Die Ansicht rechts oben zeigt das visuelle Bild der Probe mit den Messpositionen (farbige Punkte) und der gewählten lateralen Auflösung (rote Rahmen zeigen Messfelder). Die selektierten Messpositionen (farbig gefüllte Punkte) werden im Spektrum-Fenster unten durch die in gleicher Farbe dargestellten Spektren repräsentiert. Die Intensität der Carbonyl-Bande an den vermessenen Positionen ist oben links als 3D-Säulen-Plot über dem visuellen Bild dargestellt. Die Quantifizierung war hier durch eine Integration der Bandenfläche (grau markierter Bereich in den Spektren) erfolgt. Diese Abbildung wurde mit Hilfe der Export-Funktion in OPUS erstellt (=Original-Ansicht).

9 Nicht auf die Mikroskopie begrenzt In Würfelecken-Spiegeln sind einfallender und ausfallender Strahl immer exakt parallel. Dies ist das fundamentale Prinzip der stabilen RockSolid-Interferometer von BRUKER. Vermessung von großen Proben Das LUMOS ist nicht auf die Mikroskopie begrenzt, sondern kann auch für die spektroskopische Untersuchung großer Proben eingesetzt werden. Dafür ist die Makro-Messeinheit verfügbar, die linksseitig an das LUMOS angeschlossen wird, um QuickSnap-Module des FT-IR-Spektrometers ALPHA zu nutzen. Verschiedenste Proben (Festkörper, Flüssigkeiten und Gase) können so analysiert werden. Es stehen Module für ATR, Transmission, gerichtete Reflexion und diffuse Reflexion zur Verfügung. Auf Knopfdruck können die QuickSnap-Module in der Makro- Messeinheit des LUMOS ausgetauscht werden. Ein eingesetztes Modul wird elektronisch sofort erkannt und ein automatisierter Gerätetest gestartet. Anschließend wird automatisch ein passender Parameter-Satz geladen, so dass der Anwender die Messung direkt starten kann, wenn er die Probe platziert hat. Das LUMOS kann für die Vermessung von großen Proben um die Makro-Messeinheit erweitert werden. Diese wird linksseitig an das LUMOS angeschlossen, um die Nutzung der QuickSnap-Module des FT-IR-Spektrometers ALPHA zu ermöglichen. QuickSnap-Module für ATR, Transmission, gerichtete Reflexion und Diffuse Reflexion sind für das ALPHA and das LUMOS verfügbar.

10 Überwachte Leistung Validierung Viele Laboratorien sind heute streng reguliert. Bruker bietet daher eine umfassende Validierung Ihrer Systeme mit Dokumentation und Vorgehensweisen, die für die Erfüllung der Auflagen notwendig sind. Das LUMOS ist für die Validierung mit installation qualification" (IQ), operational qualification (OQ) und performance qualification (PQ) vorbereitet. Das Validierungshandbuch leitet durch alle erforderten Schritte des Validierungs- Prozesses. Die Validierung, Geräte-Installation und alljährliche Zertifizierung wird von Bruker-zertifizierten Service-Ingenieuren durchgeführt. Das OPUS-Validierungsprogramm (OVP) wurde entwickelt, um pharmazeutischen Firmen bei der Erfüllung von GMP/GLP/cGMP-Richtlinien zu helfen. Für das LUMOS sind alle OQ und PQ-Tests komplett automatisiert, wenn das Gerät mit einem motorisierten Tisch ausgestattet ist. Auch die Genauigkeit der Tischbewegung wird dabei überprüft. OVP bietet für das LUMOS auch die Qualifizierung gemäß der Europäischen Pharmakopöe und der Japanischen Pharmakopöe Für diesen Zweck ist der Standard BRM 1921 MIR in der internen Validierungseinheit des LUMOS enthalten. Dieser Standard ist äquivalent und rückführbar auf den NIST-Standard SRM 1921b. Testberichte für alle Routinen werden automatisch erstellt und archiviert. Eine Status-Lampe in OPUS informiert den Anwender permanent über den aktuellen Zustand des Gerätes. Sollte eine Komponente des LUMOS die Spezifikation nicht mehr erfüllen oder die Gültigkeit eines OQ/PQ-Tests abgelaufen sein, wird der Nutzer sofort darüber in Kenntnis gesetzt. Optional erfüllt OVP auch alle Anforderungen der 21 CFR part 11-Richtlinie, in der Vorgaben zur Datensicherheit, Datenrückführbarkeit und Datenintegrität gemacht werden. Service- und Wartungsverträge, die auch die Instrumenten- Validierung beinhalten können, sind verfügbar. IR Bildgebung Gewebe (Zwiebel) vermessen in Transmission mit einer lateralen Auflösung von 15 µm. Das IR-Bild zeigt hier die Lipid-Verteilung in den Zellen (2D-Falschfarben-Darstellung).

11 a) b) c) IR-Bild einer Briefmarke. Die Messung wurde in Reflexion mit einer lateralen Auflösung von 15 µm durchgeführt. Das visuelle Bild ist in (a) gezeigt, das IR-Bild als 2D-Falschfarbendarstellung in (b) und als 3D-Falschfarbendarstellung in (c). Niedrige Betriebskosten Die FT-IR-Spektoskopie ist eine für die chemische Untersuchung verschiedenster Materialien etablierte und zudem sehr preisgünstige Methode. So werden keine teuren Verbrauchsmaterialen eingesetzt, und es müssen während der Lebenszeit des Gerätes keine teuren Komponenten ausgetauscht werden. Das LUMOS verwendet einen Dioden-Laser mit einer Lebensdauer von über 10 Jahren und eine IR-Lichtquelle mit einer Lebensdauer von über 5 Jahren. Für das Herz des Spektrometers, das permanent justierte RockSolid- Interferometer, wird ebenfalls eine Mindest-Laufzeit von 10 Jahren garantiert. Damit das LUMOS auch in Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit genutzt werden kann, sind alle IR-Fenster-Materialien und der IR-Strahlenteiler aus ZnSe hergestellt. ZnSe ist inert gegen Wasserdampf. Das LUMOS braucht auch nicht mit getrockneter Luft gespült zu werden, wie das für herkömmliche FT-IR-Mikroskope erforderlich ist. Der größte Teil des Strahlengangs ist gekapselt und mit Trockenpatronen versehen. Diese können vom Nutzer leicht regeneriert werden und sind über die gesamte Lebenszeit des LUMOS wiederverwendbar. Um maximale Empfindlichkeit und sehr kurze Messzeiten zu ermöglichen, enthält das LUMOS einen MCT-Detektor, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Ungefähr 300 ml Flüssig-Stickstoff werden benötigt, um den Detektor über einen Arbeitstag auf Betriebstemperatur zu halten. Optional kann das LUMOS auch mit einem weniger empfindlichen DTGS-Detektor ausgestattet werden, der bei Raumtemperatur arbeitet. In diesem Fall sind die typischen Messzeiten jedoch deutlich länger und das laterale Auflösungsvermögen ist schlechter als mit dem Standard-Detektor. Aufgrund seiner kompakten Bauweise (Breite x Tiefe x Höhe = 30 x 52 x 64 cm) benötigt das LUMOS sehr wenig Platz im Labor. Durch die Verwendung des Dioden-Lasers, der effizienten IR-Quelle, der LED-Beleuchtung und der modernen Elektronik ergibt sich zudem ein sehr niedriger Energieverbrauch für das LUMOS.

12 Die verwendeten Technologien sind durch eines oder mehrere der folgenden Patente geschützt: DE ; DE ; US ; DE ; DE ; US Bruker Optics ist ISO 9001 zertifiziert. Laserklasse 1 Bruker Optics Inc. Bruker Optik GmbH Bruker Hong Kong Ltd. Billerica, MA USA Phone +1 (978) Fax +1 (978) info@brukeroptics.com Ettlingen Germany Phone +49 (7243) Fax +49 (7243) info@brukeroptics.de Hong Kong Phone Fax hk@brukeroptics.com.hk Die Bruker Optik GmbH entwickelt ihre Produkte ständig weiter und behält sich das Recht vor, Spezifikationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern Bruker Optik BOPT