IR proti Ramanovi spektroskopiji

Ramanova in FTIR (Fourierjeva infrardeča spektroskopija) ponujata molekularne informacije o strukturi in sestavi kemijskih in bioloških vzorcev. Zaradi temeljnih načel, ki urejajo vsako tehnologijo, lahko obe prineseta dopolnilne informacije. Vendar pa je pogosto ena tehnologija boljša izbira, odvisno od narave aplikacije.

a. Ramanova spektroskopija daje informacije o znotraj- in medmolekularnih vibracijah. Prvi zagotavlja spekter, značilen za specifične vibracije atomov v molekuli in je dragocen za identifikacijo snovi, oblike in konfiguracije molekularne hrbtenice, če naštejemo le nekatere. Slednji daje informacije o nižjih frekvenčnih načinih, ki odražajo strukturo kristalne rešetke in polimorfno obliko.

b. Infrardeča spektroskopija zagotavlja "območje prstnih odtisov" spektra, kjer so intramolekularne vibracije dobro opredeljene in zelo značilne za vez atomov.

Praktičen primer razlikovanja med tema dvema tehnologijama je v raziskovanju procesa kristalizacije, v katerem Raman analizira trdne kristalne oblike in IR hkrati meri značilnosti raztopine in faze, kot je prenasičenost.

Raman.  Ramanov učinek je šibek (pogosto imenovan dogodek ena na deset milijonov), ki je posledica energijskega dogodka, ko fotoni monokromatske svetlobe (laser) medsebojno delujejo z molekulo, ki vodi do sproščanja neelastičnih fotonov.

Ko fotoni medsebojno delujejo z molekulo, se lahko elektron vzbudi na višjo energijsko raven (tj. Vzbujeno virtualno stanje), vendar ne v celoti podvrže elektronskemu prehodu. Elektron se lahko nato sprosti na vibracijsko energijsko raven, ki je drugačna od ravni vpadne energije. Razlika med energijo vpadnega fotona in energijo razpršenega fotona se imenuje Ramanov premik. Interakcija molekule s svetlobo lahko povzroči premik elektronskega oblaka molekule, kar povzroči spremembo polarizacije. Molekula ima specifične energijske prehode, povezane z njenimi intramolekularnimi vezmi, v katerih pride do spremembe polarizacije, in te spremembe povzročajo Ramanove aktivne načine. Frekvenca Ramanovega premika je povezana z vrsto vzbujene vezi in intenzivnost tega Ramanovega vrha je sorazmerna s številom teh vezi.

IR. Infrardeča (IR) spektroskopija je močnejša tehnika, ki temelji na absorpciji svetlobe s strani molekul pri frekvencah, ki ustrezajo osnovnim vibracijam teh molekul. Molekule s funkcionalnimi skupinami, ki imajo močne dipole, kažejo močne vrhove v IR, medtem ko funkcionalne skupine, ki imajo šibke dipole in se zlahka spremenijo v polarizaciji, kažejo močne vrhove v Ramanu.

Gibanje atomov v molekuli ima naravno frekvenco vibracij, ki je povezana z njihovo močjo vezi. Ko je frekvenca vibracij vezi enaka frekvenci IR sevanja, usmerjenega nanjo, vez absorbira sevanje. Specifične IR frekvence, ki jih absorbirajo vezi molekule, povzročijo IR spekter molekule.

Spodaj bomo opisali prednosti in omejitve vsake tehnologije skupaj z odzivi, ki so primerni za vsako od njih. Nato bomo raziskali, kako lahko instrumentacija zagotovi vrednost za ključna področja uporabe in nedavne članke v revijah za nadaljnje branje.

Ramanova in IR spektroskopija omogoča profiliranje reakcijskih vrst v realnem času in sledi začetku reakcije, napredku, prehodnim vmesom in končni točki. Omogočajo tudi hiter razvoj kinetičnih podatkov in podpirajo predlagane reakcijske mehanizme. Preberite več o reakcijah sinteze.

Obe spektrometrijski metodi lahko raziskujeta katalitsko razsuto in površinsko strukturo, preučujeta adsorbirane vrste na katalitičnih površinah, preučujeta vez ligand-kovina, razvijata razmerja med strukturo in aktivnostjo ter optimizirata katalitične procese z merjenjem učinka reakcijskih spremenljivk na donos produkta, kakovost in aktivnost katalizatorja. Vse to je mogoče storiti z in-situ IR in Ramanovo spektroskopijo pod dejanskim tlakom / temperaturo ter analizo homogenih katalitičnih reakcij v toku. Preberite več o katalitičnih reakcijah.

Za širok razpon reakcijskih razredov uporabite inline kemično inertne pretočne celice (Raman) in ATR pretočne celice (IR) za stalno spremljanje in zagotavljanje stabilnosti pretočnih reakcij. IR in Ramanove tehnologije podpirajo hitre študije optimizacije procesov v toku s sledenjem ključnim reakcijskim vrstam kot funkciji različnih pogojev pretoka. Preberite več o kemiji neprekinjenega pretoka.

In-situ IR meri raztopljene snovi v fazi raztopine za razvoj kristalizacije, in situ Ramanova spektroskopija meri rast kristalov in polimorfizem kot funkcijo spremenljivk, kot so topila, sejanje, hladilni profil, temperatura in pH. Preberite več o kristalizaciji.

In-situ IR in Ramanova analiza se lahko uporabita za podporo različnim korakom obdelave, vključno s primarnim zajemanjem, izmenjavo pufra, čiščenjem, biokonjugacijo in formulacijo. V teh in drugih aplikacijah analiza v realnem času odpravlja tradicionalna ozka grla in zamude, povezane s tradicionalno analizo vzorca brez povezave. Preberite več o nadaljnji obdelavi.

Ramanova spektroskopija je močna za analizo strukture hrbtenice polimera, dolžine verige, odprtja obroča in konformacije. Uporabite IR spektroskopijo za analizo stranskih verig, končnih skupin dolgoverižnih molekul in funkcionalnih skupin. Pridobite podatke za reakcijsko kinetiko, stopnje pretvorbe monomerov, razmerja reaktivnosti, aktivacijske energije, vlogo iniciatorjev, intermediatov in nastajanje stranskih proizvodov v realnem času brez potrebe po ekstraktivnem vzorčenju in analizah brez povezave. Analiza na kraju samem odpravlja neponovljivost vzorčenja brez povezave, ki ga povzroča povečana viskoznost reakcije in zgrešene podatkovne točke analize med hitrimi polimerizacijami, s čimer zagotavlja natančnejše kinetične podatke. Preberite več o reakcijah polimerizacije.

Instrumentacija in vmesnik do vzorca za ti dve tehniki sta podobna po pristopu, vendar se razlikujeta v podrobnostih.

Ramanovi spektrometri uporabljajo laser kot vir (običajno viden ali skoraj IR laser), medtem ko IR spektrometri običajno uporabljajo radiator črnega telesa (kot je žarilna palica), ki zagotavlja energijo v srednjem infrardečem območju.

Poleg tega se optomehanski sistemi razlikujejo, saj Ramanovi spektrometri uporabljajo holografsko rešetko z zelo občutljivim CCD detektorjem, FTIR spektrometri pa uporabljajo interferometer za zagotavljanje moduliranega sevanja, ki ga zaznavajo piroelektrični (DTGS) ali, bolj občutljivi, fotonski (MCT) detektorji.

Obe tehniki uporabljata optične sonde za spremljanje reakcije na kraju samem. V primeru Ramana je optična vlakna sestavljena iz silicijevega dioksida in se lahko giblje v dolžini od nekaj metrov (2 m) do več (>50 m) metrov ali kilometrov. Sonde za IR vlakna so izdelane iz materiala, ki prenaša srednje IR sevanje, kot so halkogenidna stekla ali srebrov halogenid (AgX) in je omejena po dolžini (<4 m) zaradi naravnega slabljenja IR energije z optičnim materialom. Vmesnik med vzorcem in sondo v FTIR spektroskopiji je notranji odsevni senzor ATR iz diamantnega ali silicijevega kristala, medtem ko vmesnik do vzorca za Ramanove meritve na kraju samem uporablja safirno lečo za fokusiranje laserja na mesto v bližini vmesnika safirne leče / vzorca.

ReactRaman™ in ReactIR™ sta del integrirane družine izdelkov, ki so združeni na celotni platformi programske opreme™ iC, da bi zagotovili sorazumevanje reakcijske kinetike, mehanizma in informacij o poti za izboljšano karakterizacijo reakcije.

ReactRaman je izjemno kompakten, kompakten, zamenljiv Ramanov sistem na osnovi sonde ali pretočne celice , ki je optimiziran za spremljanje kemijskih reakcij in procesov kristalizacije na kraju samem. Sistem uporablja 785 nm trdni laser, da zmanjša fluorescenco vzorca, hkrati pa ohrani odličen prerez za povečanje Ramanovega signala sipanja . Laserska energija se prenaša in zbira iz vzorca z optičnimi kabli in kemično utrjeno vstavno sondo, opremljeno s safirno lečo za povezavo z vzorcem. Razpršena energija se prenese na visoko zmogljivo holografsko rešetko in končno CCD detektor zajame to energijo, da dobi Ramanov spekter.

ReactIRje kompaktni FTIR spektrometer , namenjen spremljanju kemijskih reakcij z zamenljivo vstavno sondo ali pretočno celico , ki je povezana s serijsko ali kontinuirano sintezo pretoka. FTIR spektrometri so na splošno sestavljeni iz več ključnih komponent - svetlobnega vira (običajno infrardeče žarilne palice), interferometra s fiksnimi in premičnimi ogledali ter termičnega ali fotonskega detektorja. Širokopasovna infrardeča energija iz vira je usmerjena na razdelilnik žarkov, ki prenaša energijo po dveh različnih poteh. Ena pot ima na koncu fiksno ogledalo, druga pa gibljivo ogledalo. Infrardeča energija iz teh dveh poti se vrne in rekombinira na razdelilniku žarkov, kar povzroči konstruktiven in uničujoč interferenčni vzorec, interferogram. Ta modulirani infrardeči žarek se prenese v vzorec, kjer se absorbira kot funkcija molekularne strukture vzorca in zato ustvari IR spekter za analizo.