IR vs Ramanova spektroskopie

Ramanova a FTIR (infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací) nabízejí molekulární informace o struktuře a složení chemických a biologických vzorků. Vzhledem k základním principům, kterými se řídí každá technologie, mohou obě poskytovat komplementární informace. Často je však jedna technologie lepší volbou, v závislosti na povaze aplikace.

a. Ramanova spektroskopie poskytuje informace o intra- a mezimolekulárních vibracích. První z nich poskytuje spektrum charakteristické pro specifické vibrace atomů v molekule a je cenné pro identifikaci látky, formy a konfigurace molekulární páteře, abychom jmenovali alespoň některé. Ten poskytuje informace o nižších frekvenčních režimech, které odrážejí strukturu krystalové mřížky a formu polymorfu.

Infračervená spektroskopie poskytuje "oblast otisku prstu" spektra, kde jsou intramolekulární vibrace dobře definované a vysoce charakteristické pro vazbu atomů.

Praktickým příkladem diferenciace mezi těmito dvěma technologiemi je zkoumání procesu krystalizace, ve kterém Raman analyzuje formu (formy) pevných krystalů a IR současně měří charakteristiky fáze roztoku, jako je přesycení.

Raman.  Ramanův jev je slabý (často označovaný jako událost jedna ku deseti milionům), který je výsledkem energetické události, kdy fotony monochromatického světla (laser) interagují s molekulou, což vede k uvolnění nepružných fotonů.

Když fotony interagují s molekulou, elektron může být excitován na vyšší energetickou hladinu (tj. excitovaný virtuální stav), ale nemusí plně projít elektronovým přechodem. Elektron se pak může uvolnit na vibrační energetickou úroveň, která je odlišná od úrovně dopadající energie. Rozdíl mezi energií dopadajícího fotonu a energií rozptýleného fotonu se nazývá Ramanův posun. Interakce molekuly se světlem může vyvolat posun elektronového oblaku molekuly, což má za následek změnu polarizovatelnosti. Molekula má specifické energetické přechody související s jejími intramolekulárními vazbami, ve kterých dochází ke změně polarizovatelnosti, a tyto změny vedou k Ramanovým aktivním módům. Frekvence Ramanova posunu souvisí s typem excitované vazby a intenzita tohoto Ramanova vrcholu je úměrná počtu těchto vazeb.

IR. Infračervená (IR) spektroskopie je silnější technika, která se spoléhá na absorpci světla molekulami na frekvencích odpovídajících základním vibracím těchto molekul. Molekuly s funkčními skupinami, které mají silné dipóly, vykazují silné píky v IR, zatímco funkční skupiny, které mají slabé dipóly a snadno podléhají změně polarizovatelnosti, vykazují silné píky v Ramanovi.

Pohyb atomů v molekule má přirozenou frekvenci vibrací související s pevností jejich vazby. Když je frekvence vibrací vazby rovna frekvenci IR záření na ni nasměrovaného, vazba absorbuje záření. Specifické IR frekvence, které vazby molekuly absorbují, dávají vzniknout IR spektru molekuly.

Níže nastíníme výhody a omezení každé technologie spolu s reakcemi vhodnými pro každou z nich. Poté prozkoumáme, jak může instrumentace poskytnout hodnotu pro klíčové oblasti použití a nedávné články v časopisech pro další čtení.

Ramanova a IR spektroskopie poskytuje profilování reakčních druhů v reálném čase a sleduje zahájení, průběh, přechodné meziprodukty a koncový bod. Umožňují také rychlý vývoj kinetických dat a podporují navrhované reakční mechanismy. Přečtěte si více o syntetických reakcích.

Obě spektrometrické metody mohou zkoumat katalytickou objemovou a povrchovou strukturu, studovat adsorbované látky na katalytických površích, zkoumat vazbu ligand-kov, rozvíjet vztahy mezi strukturou a aktivitou a optimalizovat katalytické procesy měřením vlivu reakčních proměnných na výtěžek, kvalitu a aktivitu katalyzátoru. To vše lze provádět pomocí in-situ IR a Ramanovy spektroskopie za skutečného tlaku/teploty, stejně jako analýzou homogenních katalytických reakcí v proudění. Přečtěte si více o katalytických reakcích.

Pro širokou škálu reakčních tříd použijte inline chemicky inertní průtokové cely (Raman) a ATR průtokové cely (IR) k nepřetržitému sledování a zajištění stability průtokových reakcí. IR a Ramanovy technologie podporují studie rychlé optimalizace procesů v proudění sledováním klíčových reakčních látek v závislosti na měnících se podmínkách proudění. Přečtěte si více o chemii s kontinuálním průtokem.

In-situ IR měří rozpuštěné látky ve fázi roztoku pro vývoj krystalizace a in-situ Ramanova spektroskopie měří růst krystalů a polymorfismus jako funkci proměnných, jako jsou rozpouštědla, výsev, chladicí profil, teplota a pH. Přečtěte si více o krystalizaci.

In-situ IR a Ramanova analýza mohou být využity k podpoře různých kroků následného zpracování, včetně primárního zachycení, výměny pufrů, purifikace, biokonjugace a formulace. V těchto a dalších aplikacích analýza v reálném čase eliminuje tradiční úzká místa a zpoždění spojená s tradiční offline analýzou vzorků. Přečtěte si více o následném zpracování.

Ramanova spektroskopie je výkonná pro analýzu struktury polymerní páteře, délky řetězce, otevření prstence a konformace. IR spektroskopii použijte k analýze postranních řetězců, koncových skupin molekul s dlouhým řetězcem a funkčních skupin. Získejte data pro reakční kinetiku, míru konverze monomerů, poměry reaktivity, aktivační energie, roli iniciátorů, meziproduktů a tvorbu vedlejších produktů, a to vše v reálném čase bez nutnosti extraktivního vzorkování a offline analýz. In-situ analýza eliminuje nereprodukovatelnost offline vzorkování způsobenou zvýšenou viskozitou reakce a chybějícími datovými body analýzy během rychlých polymerací, čímž poskytuje přesnější kinetická data. Přečtěte si více o polymeračních reakcích.

Přístrojové vybavení a rozhraní ke vzorku pro tyto dvě techniky jsou podobné v přístupu, ale liší se v detailech.

Ramanovy spektrometry využívají jako zdroj laser (obvykle viditelný nebo blízký infračervený laser), zatímco IR spektrometry obvykle využívají zářič černého tělesa (jako je žhavicí tyč) k poskytování energie ve střední infračervené oblasti.

Kromě toho se optomechanické systémy liší v tom, že Ramanovy spektrometry používají holografickou mřížku s vysoce citlivým CCD detektorem a FTIR spektrometry používají interferometr k poskytování modulovaného záření, které je detekováno pyroelektrickými (DTGS) nebo citlivějšími fotonickými (MCT) detektory.

Obě techniky používají sondy z optických vláken pro monitorování reakcí in-situ. V případě Ramana je optické vlákno složeno z oxidu křemičitého a může se pohybovat v délce od několika metrů (2 m) do několika (>50 m) metrů nebo kilometrů. IR vláknové sondy jsou konstruovány z materiálu, který propouští střední IR záření, jako jsou chalkogenidová skla nebo halogenid stříbra (AgX), a jejich délka (<4 m) je omezena na délku (4 m) kvůli přirozenému útlumu IR energie materiálem z optických vláken. Rozhraním mezi vzorkem a sondou ve FTIR spektroskopii je vnitřní reflexní ATR senzor vyrobený z diamantu nebo křemíkového krystalu, zatímco rozhraní ke vzorku pro měření Ramanovy spektroskopie in-situ používá safírovou čočku k zaostření laseru na místo poblíž rozhraní safírové čočky/vzorku.

ReactRaman™ a ReactIR™ jsou součástí integrované rodiny produktů, které jsou kombinovány napříč platformou iC Software™, aby poskytovaly společné porozumění reakční kinetice, mechanismu a informacím o dráze pro lepší charakterizaci reakcí.

ReactRaman je výjimečně kompaktní, kompaktní, vyměnitelný Ramanův systém založený na sondách nebo průtokových celách , který je optimalizován pro in-situ monitorování chemických reakcí a krystalizačních procesů. Systém využívá pevnolátkový laser o vlnové délce 785 nm za účelem snížení fluorescence vzorku při zachování vynikajícího průřezu pro maximalizaci signálu Ramanova rozptylu . Laserová energie je přenášena do vzorku a shromažďována ze vzorku optickými kabely a chemicky tvrzenou vkládací sondou vybavenou safírovou čočkou pro rozhraní se vzorkem. Rozptýlená energie je předána na vysoce výkonnou holografickou mřížku a nakonec CCD detektor tuto energii zachytí a získá Ramanovo spektrum.

ReactIRje kompaktní infračervený spektrometr určený pro monitorování chemických reakcí buď s vyměnitelnou vkládací sondou, nebo s průtokovou celou , která je propojena se vsádkou nebo kontinuální průtokovou syntézou. FTIR spektrometry se obecně skládají z několika klíčových komponent – světelného zdroje (typicky infračervené doutnavky), interferometru s pevným i pohyblivým zrcadlem a tepelného nebo fotonického detektoru. Širokopásmová infračervená energie ze zdroje je směrována na dělič paprsků, který předává energii dvěma různými cestami. Jedna cesta má na konci pevné zrcadlo, druhá pohyblivé zrcadlo. Infračervená energie z těchto dvou drah se vrací a rekombinuje v děliči svazku, což způsobuje konstruktivní a destruktivní interferenční obrazec, interferogram. Tento modulovaný infračervený paprsek je veden do vzorku, kde je absorbován jako funkce molekulární struktury vzorku, a proto generuje IR spektrum pro analýzu.