Spettroscopia Raman a bassa frequenza
AN-RS-055
2026-04
it
La spettroscopia Raman a bassa frequenza estende l'analisi Raman convenzionale catturando i modi vibrazionali fino a 65 cm⁻¹, consentendo approfondimenti sulla struttura molecolare, la caratterizzazione delle proteine, l'identificazione dei polimorfi e i cambiamenti di fase.
La spettroscopia Raman è uno strumento analitico che consente la misurazione della struttura molecolare e l'identificazione dei materiali sulla base dei modi rotazionali e vibrazionali di una molecola. La maggior parte dei sistemi Raman da laboratorio copre la regione spettrale caratteristica che va da 200 a 3400 cm-1. Tuttavia, l'accesso alle aree a bassa frequenza fornisce informazioni aggiuntive per applicazioni nella caratterizzazione delle proteine [1], nel rilevamento e nell'identificazione dei polimorfi [2], nonché nella determinazione della fase e della struttura dei materiali.
La sonda di campionamento a fibra ottica di livello da laboratorio per spettrometri da laboratorio di Metrohm può accedere a modi a bassa frequenza fino a 65 cm-1, ornendo una soluzione economicamente vantaggiosa per misurazioni a gamma più ampia. Questa Application Note descrive l'uso della spettroscopia Raman a bassa frequenza per lo studio degli amminoacidi, il rilevamento dei polimorfi e il monitoraggio dei cambiamenti di fase.
La regione a bassa frequenza aumenta il contenuto informativo della regione delle impronte digitali dello spettro Raman e amplia le possibili applicazioni. Il rilevamento di legami a idrogeno e altre caratteristiche strutturali, come il polimorfismo, può essere differenziato utilizzando questa regione dello spettro. Il risultato è una maggiore specificità per materiali molto simili.
Lo spettrometro Raman da laboratorio i-Raman Plus 785S di Metrohm è dotato di un laser a 785 nm da 300 mW (potenza massima in uscita) e di un CCD (rivelatore a carica accoppiata) sensibile, raffreddato termoelettricamente e con superficie posteriore sottile.
L'i-Raman Plus è dotato di una sonda a fibra ottica unica che consente la raccolta dati su un intervallo spettrale completo da 65 a 3500 cm-1 con una risoluzione spettrale di 4.5 cm-1.
Gli spettri Raman vengono acquisiti a temperatura ambiente utilizzando il software SpecSuite con tempi di integrazione che vanno da 100 ms a 10 s.
La spettroscopia Raman viene utilizzata per studiare la struttura e la conformazione degli amminoacidi, i mattoni costitutivi delle proteine. La porzione a bassa frequenza dello spettro Raman è una fonte di informazioni essenziale per uno studio completo degli amminoacidi. Ciò è evidente nella regione 65–3200 cm-1 dello spettro Raman della L-asparagine in Figura 1. In particolare, le informazioni vibrazionali contenute in uno spettro Raman possono aiutare a interpretare le interazioni molecolari e i processi biologici.
La Figura 1 mostra sia la regione delle impronte digitali (blu) che la regione Raman a bassa frequenza (rosso) per L-asparagine; si notino le tre bande dominanti al di sotto di 200 cm-1.
Determinare la forma strutturale dei principi attivi farmaceutici (API) è di fondamentale importanza per l'industria farmaceutica. Ciò è particolarmente vero durante lo sviluppo dei farmaci, la produzione e il controllo di qualità del prodotto finale.
I principi attivi farmaceutici (API) presentano polimorfismo: composizione chimica identica ma strutture allo stato solido diverse. I polimorfi possono influenzare la biodisponibilità e l'indice terapeutico, quindi l'efficacia di un farmaco può essere compromessa se viene utilizzata la forma sbagliata [2]. Gli pseudo-polimorfi includono solventi sospesi in una struttura reticolare.
La Figura 2 fornisce un esempio del pseudopolimorfo D-glucose, dimostrando la capacità della sonda i-Raman Plus di rilevare le differenze tra le forme monoidrata e anidra a frequenze inferiori a 200 cm-1.
Nella regione a bassa frequenza è possibile osservare una transizione da un polimorfo all'altro a seguito di fusione seguita da ricristallizzazione. Per monitorare tali cambiamenti di fase è necessaria una specificità eccezionale, e la sonda dell'i-Raman Plus è particolarmente adatta, come dimostrato per lo zolfo (Figura 3).
Lo zolfo α solido viene depositato su un vassoio di alluminio e riscaldato con una piastra riscaldante mentre gli spettri Raman vengono raccolti con un i-Raman Plus e una sonda a fibra, utilizzando una potenza laser di 300 mW e un tempo di integrazione di 0,1 s per misurare sia la fase solida che quella liquida.
Dopo che il campione è stato riscaldato al di sopra del suo punto di fusione a 115.2 °C, il picco a bassa frequenza a 83.6 cm-1 si è allargato e spostato, indicando il passaggio dalla forma α alla forma λ. Nota che non sono osservabili cambiamenti all'interno della regione delle impronte digitali (Figura 3).
Lo spettrometro Raman i-Raman Plus 785S è uno strumento prezioso per applicazioni che richiedono la rilevazione Raman a bassa frequenza fino a 65 cm-1. La capacità di caratterizzare polimorfi e forme solvatate supporta i processi di produzione e formulazione nelle industrie farmaceutiche e biologiche.
Oltre alla caratterizzazione di proteine, polimorfi e fasi, la spettroscopia Raman a bassa frequenza può essere utilizzata anche per studiare i reticoli dei semiconduttori [4], i nanotubi di carbonio [5], sle celle solari e un assortimento di minerali, pigmenti e pietre preziose.
- Teixeira, A. M. R.; Freire, P. T. C.; Moreno, A. J. D.; et al. High-Pressure Raman Study of l-Alanine Crystal. Solid State Communications 2000, 116 (7), 405–409. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(00)00342-2.
- Larkin, P. J.; Dabros, M.; Sarsfield, B.; et al. Polymorph Characterization of Active Pharmaceutical Ingredients (APIs) Using Low-Frequency Raman Spectroscopy. Appl Spectrosc 2014, 68 (7), 758–776. https://doi.org/10.1366/13-07329.
- Golichenko, B. O.; Naseka, V. M.; Strelchuk, V. V.; et al. Raman Study of L-Asparagine and L-Glutamine Molecules Adsorbed on Aluminum Films in a Wide Frequency Range. Semicond. Phys. Quantum Electron. Optoelectron. 2017, 20 (3), 297–304. https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.297.
- Smith, E.; Dent, G. Modern Raman Spectroscopy: A Practical Approach, 2nd ed.; John Wiley & Sons, 2019.
- Pelletier, M. J. Analytical Applications of Raman Spectroscopy, 1st ed.; Blackwell Science: Oxford, 1999.
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