原创 沃钛思 姚巧儿 沃美生物 2024年09月06日

    “美国食品和药物管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）在推动生物医药研究和生产的指南中，提出了“质量源于设计”（QbD）和过程分析技术（PAT）的概念。PAT是一种技术集成系统，通过实时测量原料、过程中物料以及过程本身的关键质量属性，实现对过程的设计、分析和控制，旨在确保过程的稳健性和最终产品的质量。”

    随着光纤技术的进步，除了已有的离线光谱技术外，市场还开发出了更适用于反应监控的原位在线光谱技术，该技术能够实时监测反应体系中各物质的浓度，从而实现对生产过程的在线分析。

    主流的在线光谱分析方法包括近红外光谱（NIR）、中红外光谱（MIR）和拉曼光谱等，这些技术都在制药行业中得到了广泛应用。其中，在线拉曼光谱技术能够在线检测发酵过程中的营养物、代谢物和产物，以及细胞生长参数等指标。

    拉曼光谱是一种无损的分析技术，它是基于光和材料内化学键的相互作用而产生的，可以提供样品化学结构、相和形态、结晶度以及分子相互作用的详细信息。

发现拉曼散射的印度科学家拉曼

    拉曼是一种光散射技术，激光光源的高强度入射光被分子散射时，大多数散射光与入射激光具有相同的波长（颜色），不能提供有用的信息，这种散射称为瑞利散射。然而，还有极小一部分（大约1/109）散射光的波长（颜色）与入射光不同，其波长的改变由测试样品（所谓散射物质）的化学结构所决定，这部分散射光称为拉曼散射。

    拉曼散射光对称地分布在瑞利散射光的两侧，但其强度比瑞利散射光弱得多，通常只为瑞利光强度的 10-6-10-9。

    一张拉曼光谱图通常由若干拉曼峰组成，每个拉曼峰表示了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。这些谱峰各自对应着特定的分子键振动模式，其中包括单一化学键（如C-C、C=C、N-O、C-H等）和多个化学键组成的基团振动（如苯环的呼吸振动、多聚物长链的振动以及晶格振动等）。通过拉曼光谱，我们可以获取以下信息：

Raman shift

    一般而言，拉曼光谱是特定分子或材料独有的化学指纹，能够用于快速确认材料种类或者区分不同的材料。在拉曼光谱数据库中包含着数千条光谱，通过快速搜索，找到与被分析物质相匹配的光谱数据，即可鉴别被分析物质。

    拉曼谱线的频率虽然随入射光频率而变化，但拉曼散射光的频率和瑞利散射光频率之差却基本上不随入射光频率而变化，而与样品分子的振动和转动能级有关。此频率差称为拉曼频移（Raman shift），即拉曼光谱的横坐标。Δν=|ν0-νs |，即散射光频率与激发光频之差。Δv取决于分子振动能级的改变，所以他是特征的，并且拉曼光谱与入射光波长无关，适应于分子结构的分析。因此，拉曼位移是表征物质分子振动，转动能级特性的一个物理量。

    拉曼光谱与红外光谱均为分析分子内部各种简正振动频率及振动能级情况的强大工具，适用于鉴定分子中的官能团。尽管两者都能提供关于分子振动的信息，但它们的产生原理和机制却截然不同，因此在分子结构分析中互为补充。特别地，拉曼光谱能够揭示一些红外光谱无法检测到的信息。

    红外光谱主要侧重于检测极性基团的振动，适用于含有极性键的化合物，多用于有机物的分析。相反，拉曼光谱则专注于分子骨架的检测，适用于非极性键的分析，不仅限于有机物，也能有效地测试无机物。拉曼光谱由于对水不敏感，在含水体系下拉曼定量模型相比红外光谱会有优势。

五

沃钛思-赛默飞

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