IR vs Raman-spektroszkópia

A Raman és az FTIR (Fourier-transzformációs infravörös) spektroszkópia molekuláris információkat kínál a kémiai és biológiai minták szerkezetéről és összetételéről. Az egyes technológiákat irányító alapelvek miatt mindkettő egymást kiegészítő információkat szolgáltathat. Az alkalmazás jellegétől függően azonban gyakran egy technológia jobb választás.

a. A Raman-spektroszkópia információt szolgáltat az intra- és intermolekuláris rezgésekről. Az előbbi a molekulában lévő atomok specifikus rezgéseire jellemző spektrumot biztosít, és értékes az anyag, a forma és a molekuláris gerinckonfiguráció azonosításában, hogy csak néhányat említsünk. Ez utóbbi információt ad az alacsonyabb frekvenciájú módokról, amelyek tükrözik a kristályrács szerkezetét és a polimorf formát.

b. Az infravörös spektroszkópia a spektrum "ujjlenyomat-régióját" biztosítja, ahol az intramolekuláris rezgések jól meghatározottak és nagyon jellemzőek az atomok kötődésére.

E két technológia megkülönböztetésének gyakorlati példája egy kristályosodási folyamat vizsgálata, amelyben Raman elemzi a szilárd kristályformá(ka)t, és az IR egyidejűleg méri az oldatfázis jellemzőit, például a túltelítettséget.

Raman. A Raman-effektus gyenge (gyakran egy a tízmillióhoz eseménynek nevezik), amely egy olyan energiaeseményből ered, amikor a monokromatikus fény fotonjai (lézer) kölcsönhatásba lépnek egy molekulával, ami rugalmatlan fotonok felszabadulásához vezet.

Amikor a fotonok kölcsönhatásba lépnek egy molekulával, az elektron magasabb energiaszintre gerjeszthető (azaz gerjesztett virtuális állapotra), de nem megy keresztül teljesen elektronikus átmeneten. Az elektron ezután ellazulhat a beeső energiától eltérő rezgésenergia-szintre. A beeső foton energiája és a szórt foton energiája közötti különbséget Raman-eltolódásnak nevezzük. A molekula fénnyel való kölcsönhatása a molekula elektronfelhőjének eltolódását idézheti elő, ami a polarizálhatóság megváltozását eredményezi. Egy molekulának specifikus energiaátmenetei vannak az intramolekuláris kötéseihez kapcsolódóan, amelyekben a polarizálhatóság megváltozik, és ezek a változások Raman-aktív módokat eredményeznek. A Raman-eltolódás gyakorisága a gerjesztett kötés típusával függ össze, és ennek a Raman-csúcsnak az intenzitása arányos a kötések számával.

IR. Az infravörös (IR) spektroszkópia egy erősebb technika, amely a molekulák által a molekulák alapvető rezgéseinek megfelelő frekvenciájú fényelnyelésre támaszkodik. Az erős dipólusokkal rendelkező funkciós csoportokkal rendelkező molekulák erős csúcsokat mutatnak az IR-ben, míg a gyenge dipólusokkal rendelkező és a polarizálhatóságban könnyen megváltozott funkciós csoportok erős csúcsokat mutatnak a Ramanban.

Az atomok mozgásának a molekulában természetes rezgésfrekvenciája a kötési szilárdságukhoz kapcsolódik. Ha a kötés rezgésének frekvenciája megegyezik a rá irányuló infravörös sugárzás frekvenciájával, a kötés elnyeli a sugárzást. A molekula kötései által elnyelt specifikus IR-frekvenciák a molekula IR spektrumát eredményezik.

Az alábbiakban felvázoljuk az egyes technológiák előnyeit és korlátait, valamint az egyes technológiáknak megfelelő reakciókat. Ezután megvizsgáljuk, hogy a műszerek hogyan nyújthatnak értéket a kulcsfontosságú alkalmazási területek és a legújabb folyóiratcikkek számára további olvasás céljából.

A Raman- és IR-spektroszkópia valós idejű profilozást biztosít a reakciófajokról, és nyomon követi a reakció kezdetét, előrehaladását, tranziens intermedier(eke)t és végpontját. Lehetővé teszik a kinetikai adatok gyors fejlesztését és támogatják a javasolt reakciómechanizmusokat. További információ a szintézisreakciókról.

Mindkét spektrometriás módszer vizsgálhatja a katalitikus térfogatot és a felületi szerkezetet, tanulmányozhatja az adszorbeált fajokat katalitikus felületeken, megvizsgálhatja a ligandum-fém kötést, szerkezet-aktivitás összefüggéseket fejleszthet és optimalizálhatja a katalitikus folyamatokat a reakcióváltozók hatásának mérésével a termék hozamára, minőségére és katalizátoraktivitására. Mindez megtehető in situ IR és Raman-spektroszkópiával tényleges nyomáson/hőmérsékleten, valamint homogén katalitikus reakciók elemzésével az áramlásban. További információ a katalitikus reakciókról.

A reakcióosztályok széles skálájához használjon inline kémiailag inert áramlási cellákat (Raman) és ATR áramlási cellákat (IR) az áramlási reakciók folyamatos monitorozására és stabilitásának biztosítására. Az IR és a Raman technológiák támogatják a gyors folyamatoptimalizálási vizsgálatokat az áramlásban azáltal, hogy nyomon követik a kulcsfontosságú reakciófajokat a változó áramlási feltételek függvényében. További információ a folyamatos áramlású kémiáról.

Az in situ IR az oldott anyagokat az oldási fázisban méri a kristályosodás fejlődéséhez, az in situ Raman-spektroszkópia pedig a kristálynövekedést és a polimorfizmust olyan változók függvényében, mint az oldószerek, a vetés, a hűtési profil, a hőmérséklet és a pH. További információ a kristályosításról.

Az in situ IR és Raman-elemzés felhasználható a különböző downstream feldolgozási lépések támogatására, beleértve az elsődleges befogást, puffercserét, tisztítást, biokonjugációt és formulázást. Ezekben és más alkalmazásokban a valós idejű elemzés kiküszöböli a hagyományos offline, megragadó mintaelemzéssel kapcsolatos hagyományos szűk keresztmetszeteket és késéseket. További információ a későbbi feldolgozásról.

A Raman-spektroszkópia hatékony a polimer gerincszerkezetének, a lánchossznak, a gyűrűnyílásnak és a konformációnak az elemzésére. Használjon IR spektroszkópiát oldalláncok, hosszú láncú molekulák terminális végcsoportjainak és funkciós csoportjainak elemzésére. Gyűjtsön adatokat a reakciókinetikáról, a monomer konverziós arányokról, a reakcióképességi arányokról, az aktiválási energiákról, a kezdeményezők, a köztes termékek szerepéről és a melléktermék-képződésről valós időben, extrakciós mintavétel és offline elemzés nélkül. Az in situ elemzés kiküszöböli az offline mintavétel reprodukálhatatlanságát, amelyet a megnövekedett reakcióviszkozitás és a gyors polimerizáció során kihagyott elemzési adatpontok okoznak, ezáltal pontosabb kinetikai adatokat biztosít. További információ a polimerizációs reakciókról.

A két technika mintájának műszerezése és interfésze hasonló megközelítésű, de részletekben eltérő.

A Raman-spektrométerek lézert használnak forrásként (jellemzően látható vagy közeli infravörös lézer), míg az infravörös spektrométerek általában fekete testradiátort (például izzítósávot) alkalmaznak, hogy energiát biztosítsanak a középső infravörös tartományban.

Ezenkívül az optomanikus rendszerek abban különböznek, hogy a Raman-spektrométerek holografikus rácsot használnak egy rendkívül érzékeny CCD detektorral, az FTIR spektrométerek pedig interferométert használnak a piroelektromos (DTGS) vagy érzékenyebb fotonikus (MCT) detektorokkal detektált modulált sugárzás biztosítására.

Mindkét technika száloptikai szondákat használ az in situ reakciófigyeléshez. A Raman esetében a száloptika szilícium-dioxidból áll, és hossza néhány métertől (2 m) több (>50 m) méterig vagy kilométerig terjedhet. Az infravörös szálas szondák olyan anyagból készülnek, amely közepes infravörös sugárzást továbbít, például kalkogén üvegekből vagy ezüst-halogenidből (AgX), és korlátozott hosszúságúak (<4 m), mivel az infravörös energiát a száloptikai anyag természetes csillapítja. Az FTIR spektroszkópiában a minta és a szonda közötti interfész egy gyémánt- vagy szilíciumkristályból készült belső visszaverő ATR-érzékelő, míg az in situ Raman-mérésekhez a minta interfésze zafírlencsét használ, hogy a lézert a zafírlencse/minta interfész közelében lévő helyre fókuszálja.

A ReactRaman™ és a ReactIR™ egy integrált termékcsalád része, amelyet az iC Software™ platformon kombinálnak, hogy a reakció kinetikáját, mechanizmusát és útvonalát megértsék a reakció jellemzésének javítása érdekében.

A ReactRaman egy kivételesen kompakt, kompakt, cserélhető szonda vagy áramlási cella alapú Raman-rendszer, amely kémiai reakciók és kristályosodási folyamatokin situ monitorozására van optimalizálva. A rendszer 785 nm-es szilárdtest lézert használ a minta fluoreszcenciájának csökkentésére, miközben kiváló keresztmetszetet tart fenn a Raman-szórási jel maximalizálása érdekében. A lézerenergiát száloptikai kábelek és egy zafírlencsével felszerelt kémiailag edzett beillesztő szonda továbbítja a mintába, és összegyűjti a mintából. A szétszórt energiát egy nagy teljesítményű holografikus rácsra továbbítják, és végül egy CCD detektor rögzíti ezt az energiát, hogy megkapja a Raman-spektrumot.

ReactIRegy kompakt FTIR spektrométer , amely kémiai reakciók monitorozására szolgál, cserélhető beillesztő szondával vagy áramlási cellával , amely kapcsolódik a szakaszos vagy folyamatos áramlási szintézisekhez. Az FTIR spektrométerek általában több kulcsfontosságú összetevőből állnak – egy fényforrásból (jellemzően egy infravörös izzósávból), egy interferométerből rögzített és mozgó tükrökkel és egy termikus vagy fotonikus detektorból. A forrásból származó szélessávú infravörös energiát egy sugárosztóra irányítják, amely két különböző úton továbbítja az energiát. Az egyik út végén rögzített tükör, a másiké mozgó tükör található. Az infravörös energia ebből a két útból visszatér és újraegyesül a nyalábosztónál, konstruktív és romboló interferenciamintát, az interferogramot okozva. Ez a modulált infravörös sugár a mintába kerül, ahol a minta molekulaszerkezetének függvényében elnyelődik, és így létrehozza az IR spektrumot az elemzéshez.