Characterization and discrimination of phenolic compounds using Fourier transform Raman spectroscopy and chemometric tools

Abstract

Description of the subject. Phenolic compounds (PCs) are the most abundant secondary metabolites in plants. This work was part of a study that sought to develop rapid screening FT-Raman methods for identifying and quantifying classes and/or types of PCs in the dry extracts of plant products. Objectives. Fourier transform Raman spectroscopy (FT-Raman) coupled with chemometric tools was used to characterize and discriminate four families of phenolic compounds: two important classes of phenolic acids, hydroxybenzoic and hydroxycinnamic acids, as well as their derivatives and flavonoids. Method. For this study, 25 standards of phenolic compounds were used (47 standards in total, taking account of the different brands). Repeatability and reproducibility studies were conducted to verify the Raman assignments of gallic acid. Raman characterization with the most significant spectral bands of phenolic compounds was done using spectra ranging from 1,800 to 50 cm-1. A Fisher test was applied to pre-processed Raman spectra (SNV) and 20 Raman scattering signals were used to differentiate each class of phenolic compounds. Results. Hydroxybenzoic acids, hydroxycinnamic acids, their derivatives and flavonoids have been characterized by Raman spectroscopy; bands have been identified and differentiated within and between groups. Conclusions. The scattering intensities located around 1,600-1,699, 1,300-1,400 and below 200 cm-1 were responsible for differentiating 100% of phenolic compound families, classes and subclasses.Caractérisation et discrimination des composés phénoliques à l'aide de la spectroscopie Raman à transformée de Fourier et des outils chimiométriques Description du sujet. Les composés phénoliques (CP) sont les métabolites secondaires les plus abondants dans les plantes. Ce travail fait partie d'une étude visant à développer des méthodes rapides de criblage FT-Raman pour identifier et quantifier les classes et/ou types de CPs dans les extraits secs ou les végétaux. Objectifs. La spectroscopie Raman à transformée de Fourier (FT-Raman) couplée à des outils chimiométriques a été utilisée pour caractériser et distinguer quatre familles de composés phénoliques : deux importantes classes d'acides phénoliques, à savoir des acides hydroxybenzoïques et hydroxycinnamiques, ainsi que leurs dérivés et des flavonoïdes. Méthode. Pour cette étude, 25 standards de composés phénoliques ont été utilisés (47 standards au total, en tenant compte des différentes marques). Des études de répétabilité et de reproductibilité ont été effectuées pour vérifier les affectations Raman de l'acide gallique. La caractérisation Raman a été réalisée sur base des bandes spectrales les plus significatives dans la région allant de 1 800 à 50 cm-1. Un test Fisher a été appliqué à des spectres Raman pré-traités (SNV) et 20 des signaux Raman ont été utilisés pour distinguer chaque classe de composés phénoliques. Résultats. Les acides hydroxybenzoïques, les acides hydroxycinnamiques, leurs dérivés et des flavonoïdes ont été caractérisés par spectroscopie Raman ; les bandes ont été identifiées et différenciées au sein mais aussi entre les groupes. Conclusions. Les intensités Raman situées autour de 1 600-1 699, de 1 300-1 400 et inférieures à 200 cm-1 sont responsables de la différenciation de 100 % des familles de composés phénoliques, des classes et sous-classes.