拉曼技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和在制藥行業(yè)的應(yīng)用

“1921年夏，我到歐洲的航行使我有機(jī)會(huì)第一次看到地中海的美麗的藍(lán)色乳光，這種現(xiàn)象似乎很像是由于陽光被水分子散射引起的。為了檢測(cè)這種解釋，最好是找到光在液體中漫射所遵循的規(guī)律。”

——摘自印度物理學(xué)家拉曼在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)儀式上的演講

 

看看，看看，別人看海是看到的光散射；而我看�？吹降氖呛＠锬菞l美人魚。

 

拉曼散射的發(fā)現(xiàn)

1928年，印度科學(xué)家拉曼（C.V.Raman,1888-1970）觀察到一個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)光穿過透明介質(zhì)，部分被散射的光發(fā)生頻率改變，這一現(xiàn)象被稱之為拉曼散射[1]。C.V.Raman也因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)獲得了1930年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

 

基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）發(fā)現(xiàn)，光從樣品中散射是由于光與樣品分子發(fā)生彈性碰撞（瑞利散射）或非彈性碰撞（拉曼散射）。瑞利散射光具有與入射激光相同的波長(zhǎng)，但拉曼散射光以不同的波長(zhǎng)從樣品返回，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于樣品中分子鍵的振動(dòng)頻率，因此對(duì)散射光譜進(jìn)行分析可得到的分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)分析研究，稱為拉曼光譜（RamanSpectra）。拉曼光譜是一種散射光譜，是光與物質(zhì)分子、原子相互作用的一種形式。

 

從弱到強(qiáng)逆襲的拉曼

雖然拉曼的發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)，在上世紀(jì)30、40年代受到廣泛重視，也曾是研究分子結(jié)構(gòu)的主要手段，但由于當(dāng)時(shí)拉曼信號(hào)太弱，無法滿足樣品測(cè)試的苛刻要求而無法廣泛應(yīng)用。60年代，隨著激光光源的發(fā)展，特別是大名鼎鼎的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜（SERS）技術(shù)的出現(xiàn)，拉曼逆襲成為高靈敏度儀器，并得到廣泛應(yīng)用。SERS技術(shù)有靈敏度高，水干擾小，檢測(cè)快速，抗光漂白和譜峰窄的優(yōu)點(diǎn)[2,3]。

 

拉曼技術(shù)應(yīng)用

由于透射性好，拉曼可以透過包裝，測(cè)定任何對(duì)激光透明的介質(zhì)，如玻璃，塑料或溶于水的樣品。藥廠、化工廠用拉曼來做原料或庫(kù)管樣品的檢驗(yàn)，那可是便攜拉曼的看家本領(lǐng)。這類應(yīng)用的共性就是檢測(cè)的成分簡(jiǎn)單，含量較高，不用HPLC分離，不用制樣，透過包裝就快速檢測(cè)。除了應(yīng)用于物質(zhì)組成檢測(cè)或成分鑒定外，拉曼光譜還可以用于測(cè)試物質(zhì)張力和應(yīng)力，晶體對(duì)稱性和取向，晶體質(zhì)量，物質(zhì)總量，物質(zhì)官能團(tuán)的等信息。

 

拉曼譜圖的構(gòu)成和特征

拉曼譜圖通常由一定數(shù)量的拉曼峰構(gòu)成，每個(gè)拉曼峰代表了相應(yīng)的拉曼散射光的波長(zhǎng)位置和強(qiáng)度。每個(gè)譜峰對(duì)應(yīng)一種特定的分子鍵振動(dòng)，其中既包括單一的化學(xué)鍵，例如C-C,C=C, N-O,C-H等，也包括由數(shù)個(gè)化學(xué)鍵組成的基團(tuán)的振動(dòng)，例如苯環(huán)的呼吸振動(dòng)，多聚物長(zhǎng)鏈的振動(dòng)以及晶格振動(dòng)等，每種分子或樣品都有其特定的拉曼光譜“指紋”。

基于樣品的“指紋圖譜”，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，在遇到未知樣品的時(shí)候，進(jìn)行拉曼譜圖比對(duì)和分析、匹配，從而獲得未知樣品的組成或成分等信息。

 

拉曼光譜儀在制藥界為何能夠普及

• 首先從光譜的通性來看，樣品制備簡(jiǎn)單或無需制備；
• 不受樣品物質(zhì)形態(tài)的影響；對(duì)樣品無損傷、快速分析，維護(hù)成本低，使用簡(jiǎn)單；
• 分辨率高，特異性好（這點(diǎn)同紅外類似）；
• 適合水樣，能夠透過玻璃、塑封袋，直接檢測(cè)，使用SERS后還可大幅提升靈敏度；

便攜（手持拉曼）是近年來發(fā)展最快的拉曼品種。不怕水、透過包裝、貼近樣品快速測(cè)試的特性最早用于制藥業(yè)。各大公司都不斷收購(gòu)拉曼技術(shù)，目前已經(jīng)開始昂首進(jìn)軍到單細(xì)胞檢測(cè)等前沿領(lǐng)域[4]。

 

TruScan™RM手持式拉曼分析儀

AhuraScientific公司于2005年推出功能強(qiáng)大的小型手持式拉曼光譜儀TruScan，后被ThermoFisher Scientific收購(gòu)，于2011年推出下一代手持式原料鑒定分析儀手持拉曼TruScanTMRM[5]，用于快速藥品定性和定量檢測(cè)，原輔料質(zhì)量控制，原料鑒定和劑型識(shí)別、藥品的真?zhèn)舞b別、API含量定量等等，同時(shí)還可以用于過程分析（PAT），如蒸餾在線終點(diǎn)測(cè)定、反應(yīng)監(jiān)測(cè)以及粉末混合操作測(cè)試。非專業(yè)操作員即可以使用該分析儀，快速準(zhǔn)確地物料檢測(cè)。

 

TruScanTMRM手持式拉曼分析儀有一個(gè)可用的FactoryLibrary，有超過4,300種有機(jī)/工業(yè)溶劑、有毒化學(xué)品、藥品、家用化學(xué)品等樣品。使用FactoryLibrary為未知原料提供了附加信息。

此外，TruScanTMRM手持式拉曼分析儀還可以安裝有TruTools，允許使用者自定義創(chuàng)建定性和定量方法，使用者能夠在工廠的任何地點(diǎn)進(jìn)行高級(jí)化學(xué)計(jì)量分析[6]。

TruScanTMRM手持式拉曼分析儀適用性（固體，液體，啫喱液體，糊狀物）。

 

參考文獻(xiàn)

1. Raman，C.V&Krishnan,K.S. A new type of secondary radiation. Nature 121,501-502(1928).
2. Albrecht M G, Creighton J A. Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode. J Am Chem Soc, 1977, 99: 5215-5217.
3. Jeanmaire D L, Van Duyne R P. Surface raman spectroelectrochemistry. J Electroanal Chem Interfacial Electrochem, 1977, 84: 1-20.
4. Lee, K.S., Palatinszky, M., Pereira, F.C. et al. An automated Raman-based platform for the sorting of live cells by functional properties. Nat Microbiol, 2019, 4, 1035-1048.
5. 賽默飛世爾科技推出下一代手持式原料鑒定分析儀, 2011.03.https://m.antpedia.com/news/index.php/131917.html
6. 用于制藥材料驗(yàn)證的TruScan RM手持式拉曼分析儀常見問題解答.https://www.thermofisher.cn/cn/zh/home/industrial/spectroscopy-elemental-isotope-analysis/portable-analysis-material-id/portable-pharmaceutical-qa-qc-manufacturing-solutions/truscan-rm-handheld-raman-analyzer-pharmaceutical-material-Identification-faqs.html