Falsche optische Aktivität korrigieren

Interferenz verfälscht Raman-spektroskopische Analysen von Vitamin B12

25.08.2021 - Polen

Viele Naturstoffe sind kompliziert aufgebaute organische Moleküle. Häufig lassen sie sich aber mit spektroskopischen Techniken gut nachweisen. Ein Team von Forschern hat nun herausgefunden, dass bei chiralen Molekülen (Molekülen ohne Spiegelsymmerie) bei der Analyse mit Raman-Spektroskopie Vorsicht geboten ist. Wie die Studie an Vitamin B₁₂ in der Zeitschrift Angewandte Chemie zeigt, kann eine Interferenz mit zirkular polarisiertem Licht das Ergebnis verfälschen.

Vitamin B₁₂ ist ein für viele Körperfunktionen wichtiges Vitamin. Es trägt zu einem funktionierenden Energiestoffwechsel bei und wird für den Aufbau des Nervensystems und für die Blutbildung benötigt. Gleichzeitig kann es variabel mit anderen Substanzen verknüpft werden, und es ist gesundheitlich unbedenklich. Manche Wissenschaftler halten es daher für eine gutes Transportmittel, um zum Beispiel bestimmte Medikamente „huckepack“ zu ihrem Zielort zu bringen.

Für ein solches Unterfangen sind jedoch besonders empfindliche, zuverlässige Analysemethoden wichtig. Im Fall von Vitamin B₁₂ eignet sich unter anderem die Untersuchung der Raman-Aktivität, der Streuung von Lichtstrahlen durch Schwingungen im Molekül. Malgorzata Baranska von der Jagiellonen-Universität in Krakau (Polen) und Kollegen weisen nun auf eine mögliche Fehlerquelle hin.

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Viele organische Substanzen, wie Vitamin B₁₂, haben eine Händigkeit, die sich durch eine besondere Wechselwirkung mit polarisiertem Licht ausweist. Sie absorbieren und streuen links- und rechtsdrehend polarisiertes Licht unterschiedlich stark und zeigen charakteristische optische Aktivität in Raman-spektroskopischen Analysen. Das Forschungsteam wählte nun für seine Analyse mehrere Vitamin-B₁₂-Präparate aus, die bei gleichem Grundaufbau etwas unterschiedliche funktionellen Gruppen aufwiesen.

Eigentlich dürften sich die Präparate in ihren Spektren kaum unterscheiden, weil ja der Grundaufbau der Moleküle gleichblieb. 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. „Wir glauben, dass dieses Phänomen bei früheren Studien entweder übersehen wurde oder falsch interpretiert wurde,“ sagen die Autoren.

Das Problem sei aber lösbar. Der Effekt lässt sich rechnerisch beschreiben und somit aus den Daten wieder herausnehmen, meinen die Autor:innen. Man könne aber auch die Messung selbst über die Ausrichtung des Laserstrahls anpassen.

In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler Vitamin-B₁₂-Derivate. Der Effekt und die möglichen Ausgleichsverfahren seien aber auch auf andere chirale Moleküle anwendbar, meinen die Autoren.