拉曼光谱进入过程控制,因为它「无视」水
在水相过程中,红外吸收被水淹没;拉曼散射不会,这为生物工艺打开了在线光学测量的大门。
作者 LasersNews Desk··2 分钟阅读
拉曼光谱测量的是散射光中被分子振动改变了频率的那一小部分。它给出化学指纹,并且出于一个具体原因,已在特定行业从实验室仪器走向在线过程分析仪。
「水」这一优势
红外吸收光谱是一项成熟而灵敏的技术,却在水相体系中基本无法使用——因为水在有用波段内强烈吸收红外。在发酵液或细胞培养体系中,水的信号占据主导。
而水是弱拉曼散射体。水相样品的拉曼谱显示的是溶质而非溶剂,这使该技术在红外无能为力之处直接可用。
用在哪里
生物工艺。 实时监测细胞培养中的葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺与产物浓度,无需取样。最后这一点很关键:每一次实物取样都是一次污染风险和一次延迟。
制药生产。 隔着容器壁识别原料、监测混合均匀度与结晶过程。
化工过程。 以组分决定终点的反应监测。
高分子生产。 组成与结晶度。
实际困难
信号微弱。 拉曼散射效率很低,因此测量需要灵敏探测器与积分时间,或者需要可能损伤样品的高激光功率。
荧光。 许多样品在激光激发下产生荧光,形成比拉曼信号强几个数量级的宽背景。采用更长的激发波长可以减轻它,代价是散射效率下降;而它仍是最常见的障碍。
标定。 把光谱换算为浓度需要基于参考数据建立的多变量模型。这些模型与具体工艺绑定,并且需要随工艺变化而维护。
为什么标定才是真正的项目
仪器本身是好用的。真正的工作量在于建立并验证那个把光谱转化为控制信号的化学计量学模型;它需要覆盖整个操作范围的参考测量,包括工艺很少进入的那些工况。
那些把拉曼装置当作一次仪器采购来立项的制造商,普遍发现模型开发及其全生命周期维护才是更大的投入——这与其他领域的监测系统是同一个模式,值得事先预料,而不是事后发现。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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