ИК против рамановской спектроскопии

Рамановская спектроскопия и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (ИК-Фурье) позволяют получить молекулярную информацию о структуре и составе химических и биологических образцов. Благодаря фундаментальным принципам, которыми руководствуется каждая технология, обе технологии могут давать дополнительную информацию. Тем не менее, часто одна технология является лучшим выбором, в зависимости от характера применения.

a. Рамановская спектроскопия дает информацию о внутри- и межмолекулярных колебаниях. Первый обеспечивает спектр, характерный для специфических колебаний атомов в молекуле, и ценен для идентификации вещества, формы и конфигурации молекулярной основы, и это лишь некоторые из них. Последний дает информацию о низкочастотных модах, которые отражают структуру кристаллической решетки и полиморфную форму.

b. Инфракрасная спектроскопия обеспечивает «область отпечатков пальцев» спектра, где внутримолекулярные колебания четко выражены и имеют высокую характеристику связи атомов.

Практическим примером дифференциации между этими двумя технологиями является исследование процесса кристаллизации, в котором комбинационный анализ анализирует твердые кристаллические формы, а ИК одновременно измеряет фазовые характеристики раствора, такие как пересыщение.

Рамановская.  Эффект комбинационного рассеяния является слабым (часто упоминается как событие один на десять миллионов) и возникает в результате энергетического события, когда фотоны монохроматического света (лазера) взаимодействуют с молекулой, что приводит к высвобождению неупругих фотонов.

Когда фотоны взаимодействуют с молекулой, электрон может быть возбужден до более высокого энергетического уровня (т.е. возбужденного виртуального состояния), но не полностью претерпевать электронный переход. Затем электрон может расслабиться до уровня вибрационной энергии, который отличается от уровня падающей энергии. Разница между энергией падающего фотона и энергией рассеянного фотона называется комбинационным сдвигом. Взаимодействие молекулы со светом может вызвать смещение электронного облака молекулы, что приводит к изменению поляризуемости. Молекула имеет специфические энергетические переходы, связанные с ее внутримолекулярными связями, в которых происходит изменение поляризуемости, и эти изменения порождают активные моды комбинационного рассеяния. Частота комбинационного сдвига связана с типом возбуждаемой связи, и интенсивность этого комбинационного пика пропорциональна количеству этих связей.

ИНФРАКРАСНЫЙ. Инфракрасная (ИК) спектроскопия является более сильным методом, который основан на поглощении света молекулами на частотах, соответствующих основным вибрациям этих молекул. Молекулы с функциональными группами, имеющими сильные диполи, демонстрируют сильные пики в ИК, в то время как функциональные группы, имеющие слабые диполи и легко подверженные изменению поляризуемости, демонстрируют сильные пики в Рамане.

Движение атомов в молекуле имеет собственную частоту вибрации, связанную с прочностью их связи. Когда частота вибрации связи равна частоте направленного на нее инфракрасного излучения, связь поглощает излучение. Специфические ИК-частоты, которые поглощают связи молекулы, порождают ИК-спектр молекулы.

Ниже мы опишем преимущества и ограничения каждой технологии, а также реакции, подходящие для каждой из них. Затем мы рассмотрим, как приборы могут обеспечить ценность для ключевых областей применения и недавних журнальных статей для дальнейшего чтения.

Рамановская и инфракрасная спектроскопия позволяет в режиме реального времени профилировать реакционные вещества и отслеживать начало реакции, ход ее промежуточного соединения и конечную точку. Они также позволяют быстро получать данные о кинетике и поддерживают предложенные механизмы реакции. Узнайте больше о реакциях синтеза.

Оба метода спектрометрии позволяют исследовать каталитическую объемную и поверхностную структуру, изучать адсорбированные вещества на каталитических поверхностях, изучать связь лиганд-металл, разрабатывать взаимосвязи структура-активность и оптимизировать каталитические процессы путем измерения влияния переменных реакции на выход продукта, качество и активность катализатора. Все это может быть сделано с помощью инфракрасной и рамановской спектроскопии in-situ при фактическом давлении/температуре, а также анализа гомогенных каталитических реакций в потоке. Узнайте больше о каталитических реакциях.

Для широкого диапазона классов реакций используйте встроенные химически инертные проточные ячейки (Raman) и проточные ячейки ATR (IR) для непрерывного мониторинга и обеспечения стабильности проточных реакций. ИК-технологии и рамановские технологии поддерживают быстрые исследования оптимизации процессов в потоке, отслеживая ключевые реакционные вещества в зависимости от изменяющихся условий потока. Узнайте больше о химии в непрерывном потоке.

ИК-спектроскопия in-situ измеряет растворенные вещества в фазе раствора для развития кристаллизации, а спектроскопия комбинационного рассеяния света in-situ измеряет рост кристаллов и полиморфизм в зависимости от таких переменных, как растворители, затравка, профиль охлаждения, температура и pH. Узнайте больше о кристаллизации.

ИК-анализ и рамановский анализ in-situ могут использоваться для поддержки различных последующих этапов обработки, включая первичный захват, обмен буфером, очистку, биоконъюгацию и составление рецептуры. В этих и других приложениях анализ в режиме реального времени устраняет традиционные узкие места и задержки, связанные с традиционным анализом лабораторных проб в автономном режиме. Узнайте больше о последующей обработке.

Рамановская спектроскопия является мощным инструментом для анализа структуры полимерной основы, длины цепи, раскрытия кольца и конформации. Используйте ИК-спектроскопию для анализа боковых цепей, концевых групп длинноцепочечных молекул и функциональных групп. Получайте данные о кинетике реакции, коэффициентах конверсии мономеров, коэффициентах реакционной способности, энергиях активации, роли инициаторов, промежуточных продуктов и образовании побочных продуктов в режиме реального времени без необходимости отбора проб и автономного анализа. Анализ in-situ устраняет невоспроизводимость отбора проб в автономном режиме, вызванную повышенной вязкостью реакции и пропущенными данными анализа во время быстрой полимеризации, тем самым обеспечивая более точные кинетические данные. Подробнее о реакциях полимеризации.

Инструментарий и интерфейс с образцом для этих двух методов похожи по подходу, но различаются в деталях.

Рамановские спектрометры используют лазер в качестве источника (обычно видимый или ближний инфракрасный лазер), в то время как ИК-спектрометры обычно используют излучатель черного тела (например, светящуюся полосу) для подачи энергии в средней инфракрасной области.

Кроме того, оптико-механические системы отличаются тем, что в рамановских спектрометрах используется голографическая решетка с высокочувствительным ПЗС-детектором, а в ИК-Фурье спектрометрах используется интерферометр для обеспечения модулированного излучения, которое обнаруживается пироэлектрическими (DTGS) или, более чувствительными, фотонными (MCT) детекторами.

В обоих методах используются волоконно-оптические зонды для мониторинга реакций на месте. В случае с Раманом оптоволокно состоит из кремнезема и может варьироваться в длину от нескольких метров (2 м) до нескольких (>50 м) метров или километров. ИК-волоконные зонды изготовлены из материала, пропускающего среднее ИК-излучение, такого как халькогенидные стекла или галогенид серебра (AgX), и ограничены в длине (<4 м) из-за естественного ослабления ИК-энергии волоконно-оптическим материалом. Интерфейс между образцом и зондом в ИК-Фурье спектроскопии представляет собой внутренний отражающий датчик НПВО, изготовленный из алмаза или кристалла кремния, в то время как интерфейс с образцом для измерений комбинационного рассеяния использует сапфировую линзу для фокусировки лазера в точке рядом с границей раздела сапфировая линза/образец.

ReactRaman™ и ReactIR™ являются частью интегрированного семейства продуктов, которые объединены на платформе iC Software™ для обеспечения совместного понимания кинетики, механизма и информации о путях реакции для улучшения характеристик реакции.

ReactRaman — это исключительно компактная, компактная, взаимозаменяемая система на основе зонда или проточной ячейки , оптимизированная для мониторинга химических реакций и процессов кристаллизации на месте. В системе используется твердотельный лазер с длиной волны 785 нм для снижения флуоресценции образца при сохранении превосходного поперечного сечения для максимизации сигнала комбинационного рассеяния . Лазерная энергия передается к образцу и собирается из него с помощью оптоволоконных кабелей и химически закаленного вводного зонда, оснащенного сапфировой линзой для взаимодействия с образцом. Рассеянная энергия передается на высокопроизводительную голографическую решетку, и, наконец, ПЗС-детектор улавливает эту энергию для получения спектра комбинационного рассеяния.

РеактIRэто компактный ИК-Фурье спектрометр , предназначенный для мониторинга химических реакций с помощью сменного вставного зонда или проточной ячейки , которая подключается к периодическому или непрерывному синтезу потока соответственно. ИК-Фурье спектрометры, как правило, состоят из нескольких ключевых компонентов – источника света (обычно инфракрасной полосы свечения), интерферометра с неподвижными и движущимися зеркалами, а также теплового или фотонного детектора. Широкополосная инфракрасная энергия от источника направляется на светоделитель, который пропускает энергию по двум различным путям. Одна дорожка имеет неподвижное зеркало в конце, другая — движущееся. Инфракрасная энергия от этих двух путей возвращается и рекомбинируется в светоделителе, создавая конструктивную и деструктивную интерференционную картину, интерферограмму. Этот модулированный инфракрасный луч передается в образец, где он поглощается в зависимости от молекулярной структуры образца и, таким образом, генерирует инфракрасный спектр для анализа.