“美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）和歐洲藥品管理局（EMA）在推動(dòng)生物醫(yī)藥研究和生產(chǎn)的指南中，提出了“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)”（QbD）和過程分析技術(shù)（PAT）的概念。PAT是一種技術(shù)集成系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)測(cè)量原料、過程中物料以及過程本身的關(guān)鍵質(zhì)量屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程的設(shè)計(jì)、分析和控制，旨在確保過程的穩(wěn)健性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量?！?/p>

    隨著光纖技術(shù)的進(jìn)步，除了已有的離線光譜技術(shù)外，市場(chǎng)還開發(fā)出了更適用于反應(yīng)監(jiān)控的原位在線光譜技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的在線分析。

    主流的在線光譜分析方法包括近紅外光譜（NIR）、中紅外光譜（MIR）和拉曼光譜等，這些技術(shù)都在制藥行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。其中，在線拉曼光譜技術(shù)能夠在線檢測(cè)發(fā)酵過程中的營(yíng)養(yǎng)物、代謝物和產(chǎn)物，以及細(xì)胞生長(zhǎng)參數(shù)等指標(biāo)。

    拉曼光譜是一種無損的分析技術(shù)，它是基于光和材料內(nèi)化學(xué)鍵的相互作用而產(chǎn)生的，可以提供樣品化學(xué)結(jié)構(gòu)、相和形態(tài)、結(jié)晶度以及分子相互作用的詳細(xì)信息。

發(fā)現(xiàn)拉曼散射的印度科學(xué)家拉曼

    拉曼是一種光散射技術(shù)，激光光源的高強(qiáng)度入射光被分子散射時(shí)，大多數(shù)散射光與入射激光具有相同的波長(zhǎng)（顏色），不能提供有用的信息，這種散射稱為瑞利散射。然而，還有極小一部分（大約1/109）散射光的波長(zhǎng)（顏色）與入射光不同，其波長(zhǎng)的改變由測(cè)試樣品（所謂散射物質(zhì)）的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定，這部分散射光稱為拉曼散射。

    拉曼散射光對(duì)稱地分布在瑞利散射光的兩側(cè)，但其強(qiáng)度比瑞利散射光弱得多，通常只為瑞利光強(qiáng)度的 10-6-10-9。

    一張拉曼光譜圖通常由若干拉曼峰組成，每個(gè)拉曼峰表示了相應(yīng)的拉曼散射光的波長(zhǎng)位置和強(qiáng)度。這些譜峰各自對(duì)應(yīng)著特定的分子鍵振動(dòng)模式，其中包括單一化學(xué)鍵（如C-C、C=C、N-O、C-H等）和多個(gè)化學(xué)鍵組成的基團(tuán)振動(dòng)（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）。通過拉曼光譜，我們可以獲取以下信息：

Raman shift

    一般而言，拉曼光譜是特定分子或材料獨(dú)有的化學(xué)指紋，能夠用于快速確認(rèn)材料種類或者區(qū)分不同的材料。在拉曼光譜數(shù)據(jù)庫(kù)中包含著數(shù)千條光譜，通過快速搜索，找到與被分析物質(zhì)相匹配的光譜數(shù)據(jù)，即可鑒別被分析物質(zhì)。

    拉曼譜線的頻率雖然隨入射光頻率而變化，但拉曼散射光的頻率和瑞利散射光頻率之差卻基本上不隨入射光頻率而變化，而與樣品分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。此頻率差稱為拉曼頻移（Raman shift），即拉曼光譜的橫坐標(biāo)。Δν=|ν0-νs |，即散射光頻率與激發(fā)光頻之差。Δv取決于分子振動(dòng)能級(jí)的改變，所以他是特征的，并且拉曼光譜與入射光波長(zhǎng)無關(guān)，適應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)的分析。因此，拉曼位移是表征物質(zhì)分子振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)特性的一個(gè)物理量。

    拉曼光譜與紅外光譜均為分析分子內(nèi)部各種簡(jiǎn)正振動(dòng)頻率及振動(dòng)能級(jí)情況的強(qiáng)大工具，適用于鑒定分子中的官能團(tuán)。盡管兩者都能提供關(guān)于分子振動(dòng)的信息，但它們的產(chǎn)生原理和機(jī)制卻截然不同，因此在分子結(jié)構(gòu)分析中互為補(bǔ)充。特別地，拉曼光譜能夠揭示一些紅外光譜無法檢測(cè)到的信息。

    紅外光譜主要側(cè)重于檢測(cè)極性基團(tuán)的振動(dòng)，適用于含有極性鍵的化合物，多用于有機(jī)物的分析。相反，拉曼光譜則專注于分子骨架的檢測(cè)，適用于非極性鍵的分析，不僅限于有機(jī)物，也能有效地測(cè)試無機(jī)物。拉曼光譜由于對(duì)水不敏感，在含水體系下拉曼定量模型相比紅外光譜會(huì)有優(yōu)勢(shì)。

五

沃鈦思-賽默飛

拉曼光譜在線檢測(cè)解決方案

    秒級(jí)或分鐘級(jí)的頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵過程變量的變化趨勢(shì)。自主開發(fā)專業(yè)的多元變量建模方法，確保模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。

    沃鈦思提供包括拉曼光譜設(shè)備、生物反應(yīng)器設(shè)備、高精度的的多元回歸預(yù)測(cè)模型和智能化過程控制軟件在內(nèi)的全套解決方案。可快速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和工業(yè)規(guī)模部署，無需用戶具備專業(yè)化建模知識(shí)和從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。