AN-RS-055
2026-04
低波数ラマン分光法
概要
ラマン分光法は、分子の回転および振動モードに基づいて分子構造の測定と材料の識別を可能にする分析ツールです。
ほとんどの商業用ラマン分光システムは、200～3400 cm-1の指紋スペクトル領域をカバーしています。
i-Raman Plus + BAC102プローブは、65 cm-1までの低波数モードまで測定でき、より広範囲の測定を可能にするコスト効率の良い分析ソリューションになります。低波数領域へのアクセスは、タンパク質の特性評価[1]、多形の検出と識別[2]、および材料の相構造の決定における重要な情報を提供します。
はじめに
低波数領域は、ラマンスペクトルの指紋領域からの情報内容を補強し、水素結合の検出などの分子応用の可能性を拡げます。その結果、検出感度が向上し、非常に類似した材料の識別が可能になります。
実験
このアプリケーションでは、B&WTek社の特許技術CleanLaze®を使用したi-Raman Plus 785Sラマン分光計が使用されました。この装置は、線幅が0.2 nm未満で最大出力が300 mWの785 nmレーザー励起を特徴としています。
i-Raman Plusは、感度の高いTE冷却型バックシンクCCDを搭載しています。
独自技術を利用したBAC102 Eグレードプローブは、65～3350 cm-1の全スペクトル範囲測定を可能にし、スペクトル分解能は4.5 cm-1です。
ラマンスペクトルは、300 mWのレーザー出力を使用し、積算時間が100ミリ秒から10秒の範囲で室温で測定されました。
アミノ酸
ラマン分光法は、タンパク質の構成要素であるアミノ酸の構造と配座を研究する現代的な方法です。具体的には、ラマンスペクトルの振動情報は、分子間相互作用や生物学的プロセスの解釈に役立ちます[3]。
約400 cm-1以下のピークを示さない多くの物質とは異なり、ラマンスペクトルの低波数領域は、アミノ酸の包括的な研究に必要な情報源です。図1に65～3200 cm-1のL-アスパラギンの全領域ラマンスペクトルを示します。
図1のL-アスパラギンのラマンスペクトルは指紋領域（青）と低波数ラマン領域（赤）の両方を示しています。200 cm-1以下に3つの主要なバンドがあることに注目してください。
多形の検出
医薬品有効成分（API）の構造形態を決定することは、製薬業界の主要な課題です。これは特に、薬剤の開発、製造、および品質管理の際に重要になります。
APIは多形性を示すことが多く、化学組成は同一ですが、固体構造が異なります。多形は、バイオアベイラビリティと薬剤効果に影響を与える可能性があります。誤った形態が使用されると、薬剤の有効性が損なわれる可能性があります[2]。擬多形には、格子構造に懸濁された溶媒が含まれます。
図2は、擬多形のD-グルコースの例であり、Eグレードプローブが200 cm-1以下の周波数で一水和物と無水物の違いを検出する能力を示しています。
相変化のモニタリング
化学プロセスにおける結晶化のような相変化を監視するには、特別な特異性が必要です。低周波Eグレードプローブは、硫黄に対して示されるように、そのような相変化をモニタリング（監視）できます（図3）。
固体α-硫黄はアルミニウムトレイに置かれ、ホットプレートで加熱されました。ラマンスペクトルは、Eグレードプローブとi-Raman Plusを使用して、固体および液体相の両方で100 %レーザー出力（約300 mW）と0.1秒の積算時間で測定されました。
サンプルが115.2 ℃で融点を超えて加熱された後、83.6 cm-1の低周波ピークが広がり、シフトし、α形からλ形への変化を示しました。指紋領域内には観察可能な変化はないことに注目してください（図3）。
結論
i-Raman Plus 785Sラマン分光計は、低波数Eグレードプローブと組み合わせることで、65 cm-1までの低波数検出を必要とするアプリケーションにとって貴重なツールとなります。多形および溶媒和形を特性評価する能力は、製薬およびバイオ産業における製造および製剤プロセスをサポートします。
タンパク質、多形、相の特性評価に加えて、低波数ラマン分光法は、半導体格子[4]、カーボンナノチューブ[5]、太陽電池、およびさまざまな鉱物、顔料、宝石の研究にも使用できます。
参考文献
- 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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