隨著(zhù)激光器、光纖探頭、控制軟件等技術(shù)的發(fā)展,使得拉曼光譜儀可以實(shí)現多通道和遠程信號采集,同時(shí)其檢測速度快、靈敏度高、安裝便捷的特點(diǎn),正被研究并應用于各種合成反應過(guò)程的實(shí)時(shí)監測。本文主要介紹通過(guò)拉曼光譜儀進(jìn)行在線(xiàn)監測阿司匹林合成反應過(guò)程。
阿司匹林是一種歷史悠久的解熱鎮痛藥,常用于解熱鎮痛和抗風(fēng)濕類(lèi)藥物,近年來(lái)發(fā)現其還可以預防心腦血管疾病。目前報道的阿司匹林檢測方法主要有:酸堿滴定、薄層色譜、紫外光光度法、液相色譜法等。常見(jiàn)的檢測方法需要對檢測樣品進(jìn)行取樣,溶解等處理,分析過(guò)程繁瑣、費時(shí),不能滿(mǎn)足現代對藥物生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。
而拉曼光譜法不需前處理、可直接檢測,幾秒內輸出結果,操作簡(jiǎn)單便捷,檢測結果準確。具體實(shí)驗如下:
實(shí)驗設備:
廣泛應用于食品、國防、珠寶鑒定、醫藥等對原材料快速篩選、現場(chǎng)快速檢測及物質(zhì)分析鑒定等行業(yè)。
實(shí)驗過(guò)程:
實(shí)驗步驟:
1)稱(chēng)取水楊酸13.88g,乙酸酐20.73g,氨基磺酸0.25g;將乙酸酐、水楊酸、依次加入50mL三口燒瓶,磁力攪拌,水浴溫度升至60℃時(shí),加入氨基磺酸并開(kāi)始采集光譜,每隔1min采集1次反應體系拉曼光譜,10min后升溫到80℃,保溫反應30min。樣本光譜保存為S1-41。
2)取分析純乙酰水楊酸(阿司匹林)1g,采集純物質(zhì)拉曼光譜數據,記為B1。 其中光譜采集參數為:激光器功率400;波長(cháng)785nm;積分時(shí)間2000ms。
數據分析
1)打開(kāi)數據處理平臺(MATLAB2018b),導入所采集的反應過(guò)程光譜S1-S41和B1; 對照品阿司匹林與不同時(shí)間下反應過(guò)程的拉曼譜圖見(jiàn)圖1。
圖1 對照品阿司匹林與不同時(shí)間下反應過(guò)程的拉曼譜圖
2)調用算法程序,對S1-S18和B1進(jìn)行一階導光譜預處理,然后求取反應過(guò)程光譜S1-S41與阿司匹林純光譜B1的夾角值;
3)繪制夾角值和時(shí)間的關(guān)系圖,得到合成過(guò)程生成物乙酰水楊酸(阿司匹林)的反應趨勢,判斷反應終點(diǎn)。圖2為不同反應時(shí)間下樣本中對應阿司匹林夾角值的變化趨勢圖。
從圖可以看出,反應到15min,體系拉曼光譜響應與阿司匹林的純光譜的角度值變化趨于平緩,也就是生成物阿司匹林含量不再增加,反應終點(diǎn)在15min左右。采用拉曼光譜可以實(shí)現對阿司匹林合成過(guò)程反應趨勢跟蹤。
同理,對體系其他組分乙酸酐、水楊酸、和醋酸進(jìn)行了分析,結果見(jiàn)圖3-圖8
圖3 對照品醋酸與不同時(shí)間下反應過(guò)程的拉曼譜圖
從圖9可以看出:前三個(gè)點(diǎn)異常是因為反應未開(kāi)始,反應物處于溶解狀態(tài),正式反應是從第4個(gè)點(diǎn)開(kāi)始的;乙酸酐趨勢圖第4、5、6、7個(gè)點(diǎn)有上翹,是因為反應中與醋酸達到的某種平衡所致;大約在15min時(shí),反應完成。
實(shí)驗結論
無(wú)論與生成物還是反應物作夾角的趨勢圖都符合實(shí)際的反應情況,表明利用拉曼幾何空間夾角的方法可以完成對合成阿司匹林反應過(guò)程的實(shí)時(shí)追蹤。
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