La espectroscopia Raman es una herramienta analítica que permite medir la estructura molecular y la identificación de materiales en función de los modos rotacionales y vibratorios de una molécula. La mayoría de los sistemas Raman de laboratorio comerciales cubren la región espectral de huellas dactilares que oscila entre 200 y 3400 cm-1.
La sonda B&W Tek i-Raman Plus BAC102 puede acceder a modos de frecuencia más baja hasta 65 cm-1, proporcionando una solución rentable para mediciones de rango más completo. El acceso a regiones de baja frecuencia proporciona información clave para aplicaciones en la caracterización de proteínas [1], detección e identificación de polimorfos [2], junto con la fase del material y la determinación de la estructura.
La región de baja frecuencia aumenta el contenido de información de la región de huellas dactilares del espectro Raman y amplía las posibles aplicaciones moleculares, como la detección de enlaces de hidrógeno. El resultado es una mayor sensibilidad de detección y diferenciación de materiales muy similares.
Aminoácidos
La espectroscopia Raman es una forma moderna de estudiar la estructura y conformación de los componentes básicos de las proteínas: los aminoácidos. Específicamente, el contenido de información vibratoria en un espectro Raman puede ayudar con la interpretación de interacciones moleculares y procesos biológicos [3].
A diferencia de muchas sustancias que no presentan picos por debajo de ~400 cm-1, la porción de baja frecuencia del espectro Raman es una fuente de información necesaria para un estudio exhaustivo de los aminoácidos. Esto es obvio en todo el espectro Raman de la L-asparagina, de 65 a 3200 cm-1.-1 (Figura 1).
Figura 1 muestra tanto la región de la huella digital (azul) como la región Raman de baja frecuencia (rojo) para L-asparagina; observe las tres bandas dominantes por debajo de 200 cm-1.
En esta aplicación se utilizó i-Raman Plus 785S, el espectrómetro Raman de laboratorio de B&W Tek que utiliza CleanLaze® patentado. Este instrumento presenta
Excitación láser de 785 nm con un ancho de línea de menos de 0,2 nm y potencia de salida máxima de 300 mW.
i-Raman Plus está equipado con un CCD sensible, retrodelgado y refrigerado por TE. Una sonda BAC102 de grado E, que utiliza tecnología patentada, admite la recopilación de datos dentro de un rango espectral completo de 65–33500cm-1 con una resolución espectral de 4,5 cm-1.
Los espectros Raman se recogieron a temperatura ambiente utilizando una potencia de láser de 300 mW con tiempos de integración que oscilaron entre 100 milisegundos y 10 segundos (tabla 1).
Tabla 1. Parámetros experimentales.
| Equipo | Configuración | |
|---|---|---|
| i-Raman Plus 785S | Potencia del láser | 300mW |
| Sonda BAC102 | Tiempo de integración | 1,2 s |
| Software BWSpec | Promedios | 1 |
La determinación de la forma estructural de los ingredientes farmacéuticos activos (API) es una preocupación principal para la industria farmacéutica. Esto es especialmente cierto durante el desarrollo, la fabricación y el control de calidad de los medicamentos.
Los API exhiben polimorfismo: composición química idéntica pero diferentes estructuras de estado sólido. Los polimorfos pueden afectar la biodisponibilidad y el índice terapéutico. La eficacia de un fármaco puede verse comprometida si se utiliza la forma incorrecta [2]. Los pseudopolimorfos incluyen disolventes suspendidos en una estructura reticular.
Figura 2 es un ejemplo del pseudopolimorfo D-glucosa, que demuestra la capacidad de la sonda de grado E para detectar diferencias entre las formas monohidrato y anhidra en frecuencias inferiores a 200 cm-1.
Se requiere una especificidad excepcional para monitorear cambios de fase como la cristalización en procesos químicos. La sonda de baja frecuencia de grado E puede monitorear tales cambios de fase, como se demostró para el azufre (figura 3).
Se depositó azufre α sólido en una bandeja de aluminio y se calentó con una placa calefactora mientras se recogían los espectros Raman con una sonda de grado E e i-Raman Plus, utilizando una potencia del láser del 100% (~300 mW) y un tiempo de integración de 0,1 s para tanto en fase sólida como líquida.
Después de que la muestra se calentó por encima de su punto de fusión a 115,2 °C, el pico de baja frecuencia a 83,6 cm-1 se amplió y se desplazó, indicando el cambio de la forma α a la λ. Tenga en cuenta que no hay cambios observables dentro de la región de la huella digital (figura 3).
El espectrómetro Raman i-Raman Plus 785S, junto con la sonda de baja frecuencia de grado E, puede ser una herramienta valiosa para aplicaciones que requieren detección de baja frecuencia de hasta 65 cm-1. La capacidad de caracterizar polimorfos y formas solvatadas respalda los procesos de fabricación y formulación en las industrias farmacéutica y biológica.
Además de la caracterización de proteínas, polimorfos y fases, la espectroscopia Raman de baja frecuencia también se puede utilizar para estudiar redes de semiconductores [4], nanotubos de carbon [5], células solares y una variedad de minerales, pigmentos y piedras preciosas.
- Teixeira, A. METRO. R.; Freire, P. T. C.; Moreno, A. J. D.; et al. Estudio Raman de alta presión del cristal de l-alanina. Comunicaciones de estado sólido 2000, 116 (7), 405–409. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(00)00342-2.
- Larkin, P. J.; Dabros, M.; Sarsfield, B.; et al. Caracterización polimorfa de ingredientes farmacéuticos activos (API) mediante espectroscopia Raman de baja frecuencia. Appl Spectrosc 2014, 68 (7), 758–776. https://doi.org/10.1366/13-07329.
- Golichenko, B. O.; Naseka, V. METRO.; Strelchuk, V. V.; et al. Estudio Raman de moléculas de L-asparagina y L-glutamina adsorbidas en películas de aluminio en un amplio rango de frecuencia. Semisegundo. Física. Electrón cuántico. Optoelectrón. 2017, 20 (3), 297–304. https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.297.
- Smith, E.; Dent, G. Espectroscopía Raman moderna: un enfoque práctico, 2ª ed.; John Wiley e hijos, 2019.
- Pelletier, M. J. Aplicaciones analíticas de la espectroscopia Raman, 1ª ed.; Ciencia de Blackwell: Oxford, 1999.
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