AN-RS-055
2026-04
Espectroscopia Raman de baixa frequência
Resumo
A espectroscopia Raman é uma ferramenta analítica que permite medir a estrutura molecular e identificar materiais com base nos modos rotacionais e vibracionais de uma molécula. A maioria dos sistemas Raman de laboratório cobre a região espectral de impressão digital (fingerprint), que vai de 200–3400 cm⁻¹. No entanto, o acesso às áreas de frequência mais baixa fornece informações adicionais para aplicações em caracterização de proteínas [1], detecção e identificação de polimorfos [2], além da determinação de fase e estrutura do material.
A sonda de amostragem por fibra óptica de grau laboratorial para espectrômetros de laboratório da Metrohm consegue acessar modos de frequência mais baixa, até 65 cm⁻¹, oferecendo uma solução de baixo custo para medições em faixa mais ampla. Esta Nota de Aplicação descreve o uso da espectroscopia Raman de baixa frequência para o estudo de aminoácidos, detecção de polimorfos e monitoramento de mudança de fase.
Introdução
A região de baixa frequência amplia o conteúdo de informação da região de impressão digital (fingerprint) do espectro Raman e expande as possíveis aplicações. A detecção de ligações de hidrogênio e outras características estruturais, como o polimorfismo, pode ser diferenciada usando essa região do espectro. O resultado é uma especificidade maior para materiais muito semelhantes entre si.
Experimento
O espectrômetro Raman de laboratório i-Raman Plus 785S da Metrohm, com laser de 785 nm e 300 mW (potência máxima de saída), e um detector CCD (charge-coupled device) sensível, resfriado termoeletricamente e do tipo back-thinned, é usado para coletar os espectros Raman.
O i-Raman Plus é equipado com uma sonda de fibra óptica exclusiva, que permite a coleta de dados em uma faixa espectral completa de 65–3500 cm⁻¹, com resolução espectral de 4,5 cm⁻¹.
Os espectros Raman são coletados à temperatura ambiente usando o software SpecSuite, com tempo de integração variando de 100 ms a 10 s.
Aminoácidos
A espectroscopia Raman é usada para estudar a estrutura e a conformação de aminoácidos — os blocos construtores das proteínas. A porção de baixa frequência do espectro Raman é uma fonte de informação necessária para um estudo abrangente de aminoácidos. Isso fica evidente na região de 65–3200 cm⁻¹ do espectro Raman da L-asparagina na Figura 1. Especificamente, a informação vibracional em um espectro Raman pode ajudar a interpretar interações moleculares e processos biológicos [3].
A Figura 1 mostra tanto a região de impressão digital (azul) quanto a região Raman de baixa frequência (vermelho) para a L-asparagina; observe as três bandas dominantes abaixo de 200 cm⁻¹.
Detecção de polimorfos
Determinar a forma estrutural de ingredientes farmacêuticos ativos (IFAs) é uma grande preocupação para a indústria farmacêutica. Isso é especialmente verdadeiro durante o desenvolvimento de medicamentos, a fabricação e o controle de qualidade do produto final.
Os IFAs apresentam polimorfismo — composição química idêntica, porém com estruturas de estado sólido diferentes. Os polimorfos podem afetar a biodisponibilidade e o índice terapêutico, de modo que a eficácia de um medicamento pode ser comprometida se a forma errada for usada [2]. Os pseudopolimorfos incluem solventes suspensos em uma estrutura reticular.
A Figura 2 apresenta um exemplo do pseudopolimorfo da D-glicose, demonstrando a capacidade da sonda do i-Raman Plus de detectar diferenças entre as formas monohidratada e anidra em frequências abaixo de 200 cm⁻¹.
Monitoramento de mudança de fase
Uma mudança de um polimorfo para outro, resultante da fusão seguida de recristalização, pode ser observada na região de baixa frequência. É necessária uma especificidade excepcional para monitorar essas mudanças de fase, e a sonda do i-Raman Plus é bem adequada para isso, como demonstrado para o enxofre (Figura 3).
O α-enxofre sólido é depositado em uma bandeja de alumínio e aquecido com uma chapa quente, enquanto os espectros Raman são coletados com um i-Raman Plus e sonda de fibra, usando uma potência de laser de 300 mW e tempo de integração de 0,1 s, para medir tanto a fase sólida quanto a líquida.
Depois que a amostra é aquecida acima do seu ponto de fusão, a 115,2 °C, o pico de baixa frequência em 83,6 cm⁻¹ se alarga e se desloca, indicando a mudança da forma α para a forma λ. Observe que não há mudanças perceptíveis dentro da região de impressão digital (Figura 3).
Conclusão
O espectrômetro Raman i-Raman Plus 785S é uma ferramenta valiosa para aplicações que exigem detecção Raman de baixa frequência até 65 cm⁻¹. A capacidade de caracterizar polimorfos e formas solvatadas apoia os processos de fabricação e formulação nas indústrias farmacêutica e biológica.
Além da caracterização de proteínas, polimorfos e fases, a espectroscopia Raman de baixa frequência também pode ser usada para estudar redes cristalinas de semicondutores [4], nanotubos de carbono [5], além de uma variedade de minerais, pigmentos e gemas.
Referências
- 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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