Ramanova spektroskopie: Novinky a trendy

Význam tématu

Ramanova spektroskopie se stala nepostradatelnou metodou v analytické chemii díky možnosti monitorovat chemické složení vzorků bez destrukce a minimální přípravě. V kontextu procesní analytické technologie (PAT) umožňuje kontinuální sledování výrobních postupů v reálném čase a zkracuje dobu odezvy, což zvyšuje efektivitu a kvalitu procesů ve farmacii, biotechnologiích či petrochemii.

Cíle a přehled článku

Článek shrnuje současné novinky a trendy v Ramanově spektroskopii se zaměřením na potlačení fluorescence a využití časově rozlišené (time-gated) techniky. Popsány jsou způsoby analýzy vzorků off-line, at-line, on-line a in-line a představeny klíčové přístrojové konfigurace pro laboratoř i procesní monitoring.

Použitá metodika a instrumentace

Hlavními přístrojovými přístupy jsou:

• Disperzní Ramanovy mikroskopy (DXR3, DXR3 Flex) s volitelnými vlnovými délkami laserů (UV–NIR) a konfokální optikou.
• Přenosné systémy (PicoRaman M3, STANDOFF 200) pro vzdálené a time‐gated měření s SPAD detektorem pro potlačení fluorescence.
• Procesní sondy (ProbePro Mini, SampleCube, microplate HTS, BallProbe®) umožňující in-line a on-line monitorování v potrubí, reaktorech či mikrodestičkách.
• Další metody: SERS, rezonanční Raman, akustooptické a elektrooptické modulátory frekvence, foto‐bleaching a matematická korekce základní linie.

Hlavní výsledky a diskuse

Potlačení fluorescence se dosahuje výběrem delších excitačních vlnových délek (785–1064 nm), použitím UV ekscitace mimo oblast fluorescence (248 nm) a technikou time‐gated Ramanovy spektroskopie, která měří signál dříve než vznikne fluorescenční emise. Příklady aplikací ukazují:

• Analýzu syntetických kanabinoidů a nerve agents pomocí FT‐Raman (1064 nm) i přenosného STANDOFF 200.
• Měření mikrokrystalické celulózy a studie termálních změn v kalcinačních procesech.
• Kvantitativní rozlišení polymorfních forem léků (piroxikam, indometacin) i amorfních a krystalických polymerů.
• Online sledování bakteriální kultivace (Escherichia coli) pomocí TG‐SERS a procesní monitorování metabolitů (glutamin, laktát).

Přínosy a praktické využití metody

Time‐gated Ramanova spektroskopie přináší efektivní potlačení fluorescence bez potřeby rozsáhlé přípravy vzorku, umožňuje přesnou identifikaci a kvantifikaci složek v reálném čase a zajišťuje vyšší informativnost měření v jednom kroku. V praxi se využívá v QA/QC laboratořích, výzkumu polymorfismu léčiv, v bioprocesním inženýrství i v monitoringu bezpečnosti nebezpečných látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace Ramanovy spektroskopie s dalšími technikami (HPLC, NIR, MS) v multimodálních analyzátorech.
• Rozvoj miniaturizovaných a bezkontaktních senzorů pro inline měření v dynamických a extrémních podmínkách.
• Pokročilé algoritmy strojového učení pro automatickou korekci fluorescenčního pozadí a interpretaci komplexních spektr.
• Využití v oblasti zdravotnické diagnostiky, environmentálního monitoringu a detekce chemických hrozeb.

Závěr

Nové přístupy v Ramanově spektroskopii, zejména časově rozlišené metody, rozšiřují schopnosti běžných spektrometrů potlačením fluorescenční interference. Díky tomu se Ramanova spektroskopie stává robustní technikou pro široké spektrum aplikací od laboratorních studií až po průmyslový procesní monitoring.

Reference

1. Anal. Chem. 2018, 90 (7), 4832–4839.
2. Anal Bioanal Chem. 2016, 408, 761–774.
3. Mar. Pollut. Bull. 2022, 181, 113894.
4. J. Biophotonics 2018, 11(7):e201700225.
5. Biotechnol. Prog. 2018, 34(6), 1533–1542.