隨著激光器、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(xiàn)多通道和遠(yuǎn)程信號(hào)采集,同時(shí)其檢測(cè)速度快、靈敏度高、安裝便捷的特點(diǎn),正被研究并應(yīng)用于各種合成反應(yīng)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文主要介紹通過拉曼光譜儀進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)阿司匹林合成反應(yīng)過程。
阿司匹林是一種歷史悠久的解熱鎮(zhèn)痛藥,常用于解熱鎮(zhèn)痛和抗風(fēng)濕類藥物,近年來發(fā)現(xiàn)其還可以預(yù)防心腦血管疾病。目前報(bào)道的阿司匹林檢測(cè)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。常見的檢測(cè)方法需要對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行取樣,溶解等處理,分析過程繁瑣、費(fèi)時(shí),不能滿足現(xiàn)代對(duì)藥物生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
而拉曼光譜法不需前處理、可直接檢測(cè),幾秒內(nèi)輸出結(jié)果,操作簡(jiǎn)單便捷,檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。具體實(shí)驗(yàn)如下:
實(shí)驗(yàn)設(shè)備:
廣泛應(yīng)用于食品、國防、珠寶鑒定、醫(yī)藥等對(duì)原材料快速篩選、現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)及物質(zhì)分析鑒定等行業(yè)。
實(shí)驗(yàn)過程:
實(shí)驗(yàn)步驟:
1)稱取水楊酸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),加入氨基磺酸并開始采集光譜,每隔1min采集1次反應(yīng)體系拉曼光譜,10min后升溫到80℃,保溫反應(yīng)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(shù)據(jù),記為B1。 其中光譜采集參數(shù)為:激光器功率400;波長785nm;積分時(shí)間2000ms。
數(shù)據(jù)分析
1)打開數(shù)據(jù)處理平臺(tái)(MATLAB2018b),導(dǎo)入所采集的反應(yīng)過程光譜S1-S41和B1; 對(duì)照品阿司匹林與不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖見圖1。
圖1 對(duì)照品阿司匹林與不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
2)調(diào)用算法程序,對(duì)S1-S18和B1進(jìn)行一階導(dǎo)光譜預(yù)處理,然后求取反應(yīng)過程光譜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,得到合成過程生成物乙酰水楊酸(阿司匹林)的反應(yīng)趨勢(shì),判斷反應(yīng)終點(diǎn)。圖2為不同反應(yīng)時(shí)間下樣本中對(duì)應(yīng)阿司匹林夾角值的變化趨勢(shì)圖。
從圖可以看出,反應(yīng)到15min,體系拉曼光譜響應(yīng)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(yīng)終點(diǎn)在15min左右。采用拉曼光譜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)阿司匹林合成過程反應(yīng)趨勢(shì)跟蹤。
同理,對(duì)體系其他組分乙酸酐、水楊酸、和醋酸進(jìn)行了分析,結(jié)果見圖3-圖8
圖3 對(duì)照品醋酸與不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
從圖9可以看出:前三個(gè)點(diǎn)異常是因?yàn)榉磻?yīng)未開始,反應(yīng)物處于溶解狀態(tài),正式反應(yīng)是從第4個(gè)點(diǎn)開始的;乙酸酐趨勢(shì)圖第4、5、6、7個(gè)點(diǎn)有上翹,是因?yàn)榉磻?yīng)中與醋酸達(dá)到的某種平衡所致;大約在15min時(shí),反應(yīng)完成。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
無論與生成物還是反應(yīng)物作夾角的趨勢(shì)圖都符合實(shí)際的反應(yīng)情況,表明利用拉曼幾何空間夾角的方法可以完成對(duì)合成阿司匹林反應(yīng)過程的實(shí)時(shí)追蹤。
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