La spettroscopia Raman è uno strumento analitico che consente la misurazione della struttura molecolare e l'identificazione dei materiali in base alle modalità rotazionali e vibrazionali di una molecola. La maggior parte dei sistemi Raman da laboratorio commerciali coprono la regione spettrale delle impronte digitali che va da 200 a 3400 cm-1.
La sonda B&W Tek i-Raman Plus BAC102 può accedere alle modalità a frequenza più bassa fino a 65 cm-1, fornendo una soluzione conveniente per misurazioni su una gamma più ampia. L'accesso alle regioni a frequenza più bassa fornisce informazioni chiave per applicazioni nella caratterizzazione delle proteine [1], nel rilevamento e nell'identificazione dei polimorfi [2], insieme alla determinazione della fase materiale e della struttura.
La regione a bassa frequenza aumenta il contenuto informativo della regione delle impronte digitali dello spettro Raman e amplia le possibili applicazioni molecolari, come il rilevamento dei legami idrogeno. Il risultato è una maggiore sensibilità di rilevamento e differenziazione di materiali molto simili.
Aminoacidi
La spettroscopia Raman è un modo moderno per studiare la struttura e la conformazione degli elementi costitutivi delle proteine: gli amminoacidi. Nello specifico, il contenuto informativo vibrazionale in uno spettro Raman può aiutare nell'interpretazione delle interazioni molecolari e dei processi biologici[3].
A differenza di molte sostanze che non presentano picchi inferiori a ~400 cm-1, la porzione a bassa frequenza dello spettro Raman è una fonte di informazioni necessaria per uno studio completo degli amminoacidi. Ciò è evidente nell’intero spettro Raman della L-asparagina, da 65–3200 cm-1(Figura 1).
La Figura 1 mostra sia la regione dell'impronta digitale (blu) che la regione Raman a bassa frequenza (rossa) per la L-asparagina; notare le tre bande dominanti al di sotto di 200 cm-1.
In questa applicazione è stato utilizzato i-Raman Plus 785S, lo spettrometro Raman da laboratorio di B&W Tek che utilizza CleanLaze® brevettato. Questo strumento presenta un'eccitazione laser da 785 nm con una larghezza di linea inferiore a 0,2 nm e una potenza massima di 300 mW.
i-Raman Plus è dotato di un CCD sensibile, raffreddato tramite TE e assottigliato. Una sonda BAC102 di grado E, che utilizza una tecnologia proprietaria, supporta la raccolta dati entro un intervallo spettrale completo di 65–33500 cm-1 con una risoluzione spettrale di 4,5 cm-1.
Gli spettri Raman sono stati raccolti a temperatura ambiente utilizzando una potenza laser di 300 mW con tempi di integrazione compresi tra 100 millisecondi e 10 secondi (Tabella 1).
Tabella 1. Parametri sperimentali.
| Strumentazione | Impostazioni di acquisizione | |
|---|---|---|
| i-Raman Plus 785S | Laser Power | 300 mW |
| BAC102 probe | Integration time | 1.2 s |
| BWSpec software | Averages | 1 |
Determinare la forma strutturale degli ingredienti farmaceutici attivi (API) è una preoccupazione primaria per l'industria farmaceutica. Ciò è particolarmente vero durante lo sviluppo, la produzione e il controllo di qualità dei farmaci.
Le API mostrano polimorfismo: composizione chimica identica ma diverse strutture allo stato solido. I polimorfi possono influenzare la biodisponibilità e l’indice terapeutico. 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 è un esempio dello pseudo-polimorfo D-glucosio, che dimostra la capacità della sonda di grado E di rilevare differenze tra la forma monoidrata e quella anidra a frequenze inferiori a 200 cm-1.
È necessaria una specificità eccezionale per monitorare i cambiamenti di fase come la cristallizzazione nei processi chimici. La sonda di grado E a bassa frequenza può monitorare tali cambiamenti di fase, come dimostrato per lo zolfo (Figura 3).
L'α-zolfo solido è stato depositato su un vassoio di alluminio e riscaldato con una piastra calda mentre gli spettri Raman sono stati raccolti con una sonda di grado E e i-Raman Plus, utilizzando la potenza del laser al 100% (~300 mW) e un tempo di integrazione di 0,1 s per 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 cambiamento dalla forma α a quella λ. Si noti che non ci sono cambiamenti osservabili all'interno della regione dell'impronta digitale (Figure 3).
Lo spettrometro Raman i-Raman Plus 785S, abbinato alla sonda di grado E a bassa frequenza, può essere uno strumento prezioso per applicazioni che richiedono rilevamento 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 reticoli di semiconduttori [4], nanotubi di carbonio [5], 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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