Does superficial fat affect metabolite concentrations determined by MR spectroscopy with water referencing?

It has recently been reported in this journal that local fat depots produce a sizable frequency-dependent signal attenuation in magnetic resonance spectroscopy (MRS) of the brain. If of a general nature, this effect would question the use of internal reference signals for quantification of MRS and the quantitative use of MRS as a whole. Here, it was attempted to verify this effect and pinpoint the potential causes by acquiring data with various acquisition settings, including two field strengths, two MR scanners from different vendors, different water suppression sequences, RF coils, localization sequences, echo times, and lipid/metabolite phantoms. With all settings tested, the reported effect could not be reproduced, and it is concluded that water referencing and quantitative MRS per se remain valid tools under common acquisition conditions.

Si and SixGe1-x NWs studied by Raman spectroscopy

Group IV nanostructures have attracted a great deal of attention because of their potential applications in optoelectronics and nanodevices. Raman spectroscopy has been extensively used to characterize nanostructures since it provides non destructive information about their size, by the adequate modeling of the phonon confinement effect. The Raman spectrum is also sensitive to other factors, as stress and temperature, which can mix with the size effects borrowing the interpretation of the Raman spectrum. We present herein an analysis of the Raman spectra obtained for Si and SiGe nanowires; the influence of the excitation conditions and the heat dissipation media are discussed in order to optimize the experimental conditions for reliable spectra acquisition and interpretation.

Raman spectroscopy in Group IV nanowires and nanowire axial heterostructures

The control of the SiGe NW composition is fundamental for the fabrication of high quality heterostructures. Raman spectroscopy has been used to analyse the composition of SiGe alloys. We present a study of the Raman spectrum of SiGe nanowires and SiGe/Si heterostructures. The inhomogeneity of the Ge composition deduced from the Raman spectrum is explained by the existence of a Ge-rich outer shell and by the interaction of the NW with the electromagnetic field associated with the laser beam.

Comparing protein–ligand interactions in solution and single crystals by Raman spectroscopy

By using a Raman microscope, we show that it is possible to probe the conformational states in protein crystals and crystal fragments under growth conditions (in hanging drops). The flavin cofactor in the enzyme para-hydroxybenzoate hydroxylase can assume two conformations: buried in the protein matrix (“in”) or essentially solvent-exposed (“out”). By using Raman difference spectroscopy, we previously have identified characteristic flavin marker bands for the in and out conformers in the solution phase. Now we show that the flavin Raman bands can be used to probe these conformational states in crystals, permitting a comparison between solution and crystal environments. The in or out marker bands are similar for the respective conformers in the crystal and in solution; however, significant differences do exist, showing that the environments for the flavin's isoalloxazine ring are not identical in the two phases. Moreover, the Raman-band widths of the flavin modes are narrower for both in and out conformers in the crystals, indicating that the flavin exists in a more limited range of closely related conformational states in the crystal than in solution. In general, the ability to compare detailed Raman data for complexes in crystals and solution provides a means of bridging crystallographic and solution studies.

Spectroscopie Raman de fibres électrofilées : développement de méthodes et application aux fibres individuelles

L’électrofilage est une technique de mise en œuvre efficace et versatile qui permet la production de fibres continues d’un diamètre typique de quelques centaines de nanomètres à partir de l’application d’un haut voltage sur une solution concentrée de polymères enchevêtrés. L’évaporation extrêmement rapide du solvant et les forces d’élongation impliquées dans la formation de ces fibres leur confèrent des propriétés hors du commun et très intéressantes pour plusieurs types d’applications, mais dont on commence seulement à effleurer la surface. À cause de leur petite taille, ces matériaux ont longtemps été étudiés uniquement sous forme d’amas de milliers de fibres avec les techniques conventionnelles telles que la spectroscopie infrarouge ou la diffraction des rayons X. Nos connaissances de leur comportement proviennent donc toujours de la convolution des propriétés de l’amas de fibres et des caractéristiques spécifiques de chacune des fibres qui le compose. Les études récentes à l’échelle de la fibre individuelle ont mis en lumière des comportements inhabituels, particulièrement l’augmentation exponentielle du module avec la réduction du diamètre. L’orientation et, de manière plus générale, la structure moléculaire des fibres sont susceptibles d’être à l'origine de ces propriétés, mais d’une manière encore incomprise. L’établissement de relations structure/propriétés claires et l’identification des paramètres qui les influencent représentent des défis d’importance capitale en vue de tirer profit des caractéristiques très particulières des fibres électrofilées. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes plus accessibles et permettant des analyses structurales rapides et approfondies sur une grande quantité de fibres individuelles présentant une large gamme de diamètre. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman confocale est utilisée pour l’étude des caractéristiques structurales, telles que l’orientation moléculaire, la cristallinité et le désenchevêtrement, de fibres électrofilées individuelles. En premier lieu, une nouvelle méthodologie de quantification de l’orientation moléculaire par spectroscopie Raman est développée théoriquement dans le but de réduire la complexité expérimentale de la mesure, d’étendre la gamme de matériaux pour lesquels ces analyses sont possibles et d’éliminer les risques d’erreurs par rapport à la méthode conventionnelle. La validité et la portée de cette nouvelle méthode, appelée MPD, est ensuite démontrée expérimentalement. Par la suite, une méthodologie efficace permettant l’étude de caractéristiques structurales à l’échelle de la fibre individuelle par spectroscopie Raman est présentée en utilisant le poly(éthylène téréphtalate) comme système modèle. Les limites de la technique sont exposées et des stratégies expérimentales pour les contourner sont mises de l’avant. Les résultats révèlent une grande variabilité de l'orientation et de la conformation d'une fibre à l'autre, alors que le taux de cristallinité demeure systématiquement faible, démontrant l'importance et la pertinence des études statistiques de fibres individuelles. La présence de chaînes montrant un degré d’enchevêtrement plus faible dans les fibres électrofilées que dans la masse est ensuite démontrée expérimentalement pour la première fois par spectroscopie infrarouge sur des amas de fibres de polystyrène. Les conditions d'électrofilage favorisant ce phénomène structural, qui est soupçonné d’influencer grandement les propriétés des fibres, sont identifiées. Finalement, l’ensemble des méthodologies développées sont appliquées sur des fibres individuelles de polystyrène pour l’étude approfondie de l’orientation et du désenchevêtrement sur une large gamme de diamètres et pour une grande quantité de fibres. Cette dernière étude permet l’établissement de la première relation structure/propriétés de ces matériaux, à l’échelle individuelle, en montrant clairement le lien entre l’orientation moléculaire, le désenchevêtrement et le module d'élasticité des fibres.

Spectroscopie Raman de fibres électrofilées : développement de méthodes et application aux fibres individuelles

L’électrofilage est une technique de mise en œuvre efficace et versatile qui permet la production de fibres continues d’un diamètre typique de quelques centaines de nanomètres à partir de l’application d’un haut voltage sur une solution concentrée de polymères enchevêtrés. L’évaporation extrêmement rapide du solvant et les forces d’élongation impliquées dans la formation de ces fibres leur confèrent des propriétés hors du commun et très intéressantes pour plusieurs types d’applications, mais dont on commence seulement à effleurer la surface. À cause de leur petite taille, ces matériaux ont longtemps été étudiés uniquement sous forme d’amas de milliers de fibres avec les techniques conventionnelles telles que la spectroscopie infrarouge ou la diffraction des rayons X. Nos connaissances de leur comportement proviennent donc toujours de la convolution des propriétés de l’amas de fibres et des caractéristiques spécifiques de chacune des fibres qui le compose. Les études récentes à l’échelle de la fibre individuelle ont mis en lumière des comportements inhabituels, particulièrement l’augmentation exponentielle du module avec la réduction du diamètre. L’orientation et, de manière plus générale, la structure moléculaire des fibres sont susceptibles d’être à l'origine de ces propriétés, mais d’une manière encore incomprise. L’établissement de relations structure/propriétés claires et l’identification des paramètres qui les influencent représentent des défis d’importance capitale en vue de tirer profit des caractéristiques très particulières des fibres électrofilées. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes plus accessibles et permettant des analyses structurales rapides et approfondies sur une grande quantité de fibres individuelles présentant une large gamme de diamètre. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman confocale est utilisée pour l’étude des caractéristiques structurales, telles que l’orientation moléculaire, la cristallinité et le désenchevêtrement, de fibres électrofilées individuelles. En premier lieu, une nouvelle méthodologie de quantification de l’orientation moléculaire par spectroscopie Raman est développée théoriquement dans le but de réduire la complexité expérimentale de la mesure, d’étendre la gamme de matériaux pour lesquels ces analyses sont possibles et d’éliminer les risques d’erreurs par rapport à la méthode conventionnelle. La validité et la portée de cette nouvelle méthode, appelée MPD, est ensuite démontrée expérimentalement. Par la suite, une méthodologie efficace permettant l’étude de caractéristiques structurales à l’échelle de la fibre individuelle par spectroscopie Raman est présentée en utilisant le poly(éthylène téréphtalate) comme système modèle. Les limites de la technique sont exposées et des stratégies expérimentales pour les contourner sont mises de l’avant. Les résultats révèlent une grande variabilité de l'orientation et de la conformation d'une fibre à l'autre, alors que le taux de cristallinité demeure systématiquement faible, démontrant l'importance et la pertinence des études statistiques de fibres individuelles. La présence de chaînes montrant un degré d’enchevêtrement plus faible dans les fibres électrofilées que dans la masse est ensuite démontrée expérimentalement pour la première fois par spectroscopie infrarouge sur des amas de fibres de polystyrène. Les conditions d'électrofilage favorisant ce phénomène structural, qui est soupçonné d’influencer grandement les propriétés des fibres, sont identifiées. Finalement, l’ensemble des méthodologies développées sont appliquées sur des fibres individuelles de polystyrène pour l’étude approfondie de l’orientation et du désenchevêtrement sur une large gamme de diamètres et pour une grande quantité de fibres. Cette dernière étude permet l’établissement de la première relation structure/propriétés de ces matériaux, à l’échelle individuelle, en montrant clairement le lien entre l’orientation moléculaire, le désenchevêtrement et le module d'élasticité des fibres.

Development of a surface-enhanced raman spectroscopy method for the detection of benzodiazepines in urine

Benzodiazepines are among the most prescribed compounds for anti-anxiety and are present in many toxicological screens. These drugs are also prominent in the commission of drug facilitated sexual assaults due their effects on the central nervous system. Due to their potency, a low dose of these compounds is often administered to victims; therefore, the target detection limit for these compounds in biological samples is 10 ng/mL. Currently these compounds are predominantly analyzed using immunoassay techniques; however more specific screening methods are needed. ^ The goal of this dissertation was to develop a rapid, specific screening technique for benzodiazepines in urine samples utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), which has previously been shown be capable of to detect trace quantities of pharmaceutical compounds in aqueous solutions. Surface enhanced Raman spectroscopy has the advantage of overcoming the low sensitivity and fluorescence effects seen with conventional Raman spectroscopy. The spectra are obtained by applying an analyte onto a SERS-active metal substrate such as colloidal metal particles. SERS signals can be further increased with the addition of aggregate solutions. These agents cause the nanoparticles to amass and form hot-spots which increase the signal intensity. ^ In this work, the colloidal particles are spherical gold nanoparticles in aqueous solution with an average size of approximately 30 nm. The optimum aggregating agent for the detection of benzodiazepines was determined to be 16.7 mM MgCl2, providing the highest signal intensities at the lowest drug concentrations with limits of detection between 0.5 and 127 ng/mL. A supported liquid extraction technique was utilized as a rapid clean extraction for benzodiazepines from urine at a pH of 5.0, allowing for clean extraction with limits of detection between 6 and 640 ng/mL. It was shown that at this pH other drugs that are prevalent in urine samples can be removed providing the selective detection of the benzodiazepine of interest. ^ This technique has been shown to provide rapid (less than twenty minutes), sensitive, and specific detection of benzodiazepines at low concentrations in urine. It provides the forensic community with a sensitive and specific screening technique for the detection of benzodiazepines in drug facilitated assault cases.^

Characterisation of Organic Matter in the Torridonian Using Raman Spectroscopy

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Development of a Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Method for the Detection of Benzodiazepines in Urine

Benzodiazepines are among the most prescribed compounds for anti-anxiety and are present in many toxicological screens. These drugs are also prominent in the commission of drug facilitated sexual assaults due their effects on the central nervous system. Due to their potency, a low dose of these compounds is often administered to victims; therefore, the target detection limit for these compounds in biological samples is 10 ng/mL. Currently these compounds are predominantly analyzed using immunoassay techniques; however more specific screening methods are needed. The goal of this dissertation was to develop a rapid, specific screening technique for benzodiazepines in urine samples utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), which has previously been shown be capable of to detect trace quantities of pharmaceutical compounds in aqueous solutions. Surface enhanced Raman spectroscopy has the advantage of overcoming the low sensitivity and fluorescence effects seen with conventional Raman spectroscopy. The spectra are obtained by applying an analyte onto a SERS-active metal substrate such as colloidal metal particles. SERS signals can be further increased with the addition of aggregate solutions. These agents cause the nanoparticles to amass and form hot-spots which increase the signal intensity. In this work, the colloidal particles are spherical gold nanoparticles in aqueous solution with an average size of approximately 30 nm. The optimum aggregating agent for the detection of benzodiazepines was determined to be 16.7 mM MgCl2, providing the highest signal intensities at the lowest drug concentrations with limits of detection between 0.5 and 127 ng/mL. A supported liquid extraction technique was utilized as a rapid clean extraction for benzodiazepines from urine at a pH of 5.0, allowing for clean extraction with limits of detection between 6 and 640 ng/mL. It was shown that at this pH other drugs that are prevalent in urine samples can be removed providing the selective detection of the benzodiazepine of interest. This technique has been shown to provide rapid (less than twenty minutes), sensitive, and specific detection of benzodiazepines at low concentrations in urine. It provides the forensic community with a sensitive and specific screening technique for the detection of benzodiazepines in drug facilitated assault cases.

Surface-enhanced Raman spectroscopy of novel psychoactive substances using polymer-stabilized Ag nanoparticle aggregates

A set of seized "legal high'' samples and pure novel psychoactive substances have been examined by surface-enhanced Raman spectroscopy using polymer-stabilized Ag nanoparticle (Poly-SERS) films. The films both quenched fluorescence in bulk samples and allowed identification of mu g quantities of drugs collected with wet swabs from contaminated surfaces.

Raman spectroscopy study of the transformation of the carbonaceous skeleton of a polymer-based nanoporous carbon along the thermal annealing pathway

We report a multi-wavelength Raman spectroscopy study of the structural changes along the thermal annealing pathway of a poly(furfuryl alcohol) (PFA) derived nanoporous carbon (NPC). The Raman spectra were deconvoluted utilizing G, D, D′, A and TPA bands. The appropriateness of these deconvolutions was confirmed via recovery of the correct dispersive behaviours of these bands. It is proposed that the ID/IG ratio is composed of two parts: one associated with the extent of graphitic crystallites (the Tuinstra–Koenig relationship), and a second related to the inter-defect distance. This model was used to successfully determine the variation of the in-plane size and intra-plane defect density along the annealing pathway. It is proposed that the NPC skeleton evolves along the annealing pathway in two stages: below 1600 °C it was dominated by a reduction of in-plane defects with a minor crystallite growth, and above this temperature growth of the crystallites accelerates as the in-plane defect density approaches zero. A significant amount of transpolyacetylene (TPA)-like structures was found to be remaining even at 2400 °C. These may be responsible for resistance to further graphitization of the PFA-based carbon at higher temperatures.