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Raman-Spektroskopie Vorsicht Fehler: Vitamin B12 zeigt Schwäche einer Analysetechnik

Redakteur: Christian Lüttmann

Die Raman-Spektroskopie ist ein leistungsstarkes Werkzeug, um Molekülstrukturen zu analysieren. Doch möglicherweise wurden mit ihr viele Jahre lang Ergebnisse falsch interpretiert. Denn ein Forscherteam der polnische Universität Krakau zeigt nun, wie verfälscht Raman-spektroskopische Analysen von Vitamin B12 durch Interferenz verfälscht werden.

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In der Raman-Spektroskopie können Interferenzen zu fehlerhaften Interpretationen der Messergebnisse führen (Symbolbild).
In der Raman-Spektroskopie können Interferenzen zu fehlerhaften Interpretationen der Messergebnisse führen (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei, Raül Santín / Unsplash)

Krakau/Polen – Viele Naturstoffe sind kompliziert aufgebaute organische Moleküle. Mit spektroskopischen Techniken lassen sie sich heute aber zuverlässig nachweisen – zumindest meistens. Denn wie ein Team um Professorin Malgorzata Baranska von der polnischen Jagiellonen-Universität in Krakau nun herausgefunden hat, ist bei chiralen Molekülen Vorsicht geboten. Zumindest haben die Forscher gezeigt, dass die Raman-Spektroskopie hier zu falsch interpretierbaren Ergebnissen führen kann.

Chirale Moleküle im Ramanspektrum

Baranskas Team untersuchte für die aktuelle Studie verschiedene Vitamin-B12-Komplexe und wies nach, dass bei Raman-Analysen eine Interferenz mit zirkular polarisiertem Licht das Ergebnis verfälschen kann. Mit der Raman-Aktivität wird die Streuung von Lichtstrahlen durch Schwingungen im Molekül angegeben. Große, organische Moleküle haben dabei oft eine Besonderheit: Sie sind chiral, d. h. es gibt sie in zwei Sorten wie Bild und Spiegelbild – gleich aussehend, aber nicht deckungsgleich. Während man z. B. in der makroskopischen Welt leicht eine Rechte Hand von einer linken Hand unterscheiden kann, ist dies auch auf Molekülebene möglich. Dort lassen sich in Raman-Spektren mit polarisiertem Licht „rechtsdrehende“ und „linksdrehende“ Moleküle unterscheiden. Sie absorbieren und streuen links- und rechtsdrehend polarisiertes Licht unterschiedlich stark und zeigen charakteristische optische Aktivität in Raman-spektroskopischen Analysen.

Gleiche Präparate mit unterschiedlichen Ergebnissen

Das Forschungsteam wählte nun für seine Analyse mehrere Vitamin-B12-Präparate, die bei gleichem Grundaufbau etwas unterschiedliche funktionelle Gruppen aufwiesen. Eigentlich dürften sich die Präparate in ihren Spektren kaum unterscheiden, weil ihr der Grundaufbau gleich blieb. Bei manchen Derivaten änderte sich die optische Aktivität jedoch deutlich mit der Konzentration des Stoffs in der Lösung. Wird das nicht bemerkt, könnten die Daten falsch interpretierten werden, warnen die Wissenschaftler.

Wie Baranska und ihre Kollegen entdeckten, lag diese seltsame Konzentrationsabhängigkeit am Zirkulardichroismus. „Das links und rechts zirkular polarisierte Licht wird in einem chiralen Medium vor und am Brennpunkt des Laserstrahls in der Messzelle unterschiedlich absorbiert“, erklärt Baranska. Und dieser Effekt führe zu einer zusätzlichen, falschen optischen Aktivität des gelösten Moleküls. Die Messergebnisse scheinen dann auf eine Chiralität hinzuweisen, die in der Form gar nicht vorhanden ist. „Wir glauben, dass dieses Phänomen bei früheren Studien entweder übersehen wurde oder falsch interpretiert wurde“, sagen die Autoren.

Ein Problem, zwei Lösungen

ROA-Spektren von (CN)13-epi-Cbl(e-lactone) bei einer Konzentration von 0,8 mg/ml, gemessen für verschiedene Zellpositionen: Brennweite der Länge L nahe der Zellwand (es dominiert Resonant Raman optical activity = RROA) und Brennweite im Abstand L′ von der Wand (es dominiert electronic circular dichroism = ECD-ROA).
ROA-Spektren von (CN)13-epi-Cbl(e-lactone) bei einer Konzentration von 0,8 mg/ml, gemessen für verschiedene Zellpositionen: Brennweite der Länge L nahe der Zellwand (es dominiert Resonant Raman optical activity = RROA) und Brennweite im Abstand L′ von der Wand (es dominiert electronic circular dichroism = ECD-ROA).
(Bild: Wiley-VCH)

Das Problem sei aber lösbar: Der Effekt lässt sich rechnerisch beschreiben und somit aus den Daten wieder herausnehmen. Man könne auch die Messung selbst über die Ausrichtung des Laserstrahls anpassen. In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler ausschließlich Vitamin-B12-Derivate. Der Effekt und die möglichen Ausgleichsverfahren seien aber auch auf andere chirale Moleküle anwendbar, meinen die Autoren.

Originalpublikation: Ewa Machalska, Grzegorz Zajac, Aleksandra J. Wierzba, Josef Kapitán, Tadeusz Andruniów, Maciej Spiegel, Dorota Gryko, Petr Bouř, Malgorzata Baranska: Recognition of the True and False Resonance Raman Optical Activity, Angew. Chem.2021,133; DOI: 10.1002/ange.202107600

(ID:47602554)