如海光电┠拉曼光谱仪在线监测阿司匹林合成过程
2019.05.29 09:28:13
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随着激光器、光纤探头、控制软件等技术的发展,使得拉曼光谱仪可以实现多通道和远程信号采集,同时其检测速度快、灵敏度高、安装便捷的特点,正被研究并应用于各种合成反应过程的实时监测。本文主要介绍通过拉曼光谱仪进行在线监测阿司匹林合成反应过程

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阿司匹林是一种历史悠久的解热镇痛药,常用于解热镇痛和抗风湿类药物,近年来发现其还可以预防心脑血管疾病。目前报道的阿司匹林检测方法主要有:酸碱滴定、薄层色谱、紫外光光度法、高效液相色谱法等。常见的检测方法需要对检测样品进行取样,溶解等处理,分析过程繁琐、费时,不能满足现代对药物生产过程进行实时监控。

而拉曼光谱法不需前处理、可直接检测,几秒内输出结果,操作简单便捷,检测结果准确。具体实验如下:

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广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。

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实验设计

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反应过程在线监测装置图

实验步骤

1)称取水杨酸13.88g,乙酸酐20.73g,氨基磺酸0.25g;将乙酸酐、水杨酸、依次加入50mL三口烧瓶,磁力搅拌,水浴温度升至60℃时,加入氨基磺酸并开始采集光谱,每隔1min采集1次反应体系拉曼光谱,10min后升温到80℃,保温反应30min。样本光谱保存为S1-41。

2)取分析纯乙酰水杨酸(阿司匹林)1g,采集纯物质拉曼光谱数据,记为B1。

其中光谱采集参数为:激光器功率400;波长785nm;积分时间2000ms。

数据分析

1)打开数据处理平台(MATLAB2018b),导入所采集的反应过程光谱S1-S41和B1;

对照品阿司匹林与不同时间下反应过程的拉曼谱图见图1。

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图1 对照品阿司匹林与不同时间下反应过程的拉曼谱图


2)调用算法程序,对S1-S18和B1进行一阶导光谱预处理,然后求取反应过程光谱S1-S41与阿司匹林纯光谱B1的夹角值;

3)绘制夹角值和时间的关系图,得到合成过程生成物乙酰水杨酸(阿司匹林)的反应趋势,判断反应终点。图2为不同反应时间下样本中对应阿司匹林夹角值的变化趋势图。

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图2 不同反应时间下夹角值的变化趋势图(阿司匹林)

从图可以看出,反应到15min,体系拉曼光谱响应与阿司匹林的纯光谱的角度值变化趋于平缓,也就是生成物阿司匹林含量不再增加,反应终点在15min左右。采用拉曼光谱可以实现对阿司匹林合成过程反应趋势跟踪。

同理,对体系其他组分乙酸酐、水杨酸、和醋酸进行了分析,结果见图3-图8 

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图3 对照品醋酸与不同时间下反应过程的拉曼谱图

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图4 不同反应时间下夹角值的变化趋势图(醋酸)

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图5对照品水杨酸与不同时间下反应过程的拉曼谱图

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图6 不同反应时间下夹角值的变化趋势图(水杨酸)

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图7 对照品乙酸酐与不同时间下反应过程的拉曼谱图

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图8 不同反应时间下夹角值的变化趋势图(乙酸酐)

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图9体系四种组分的反应趋势图


从图9可以看出:

前三个点异常是因为反应未开始,反应物处于溶解状态,正式反应是从第4个点开始的;乙酸酐趋势图第4、5、6、7个点有上翘,是因为反应中与醋酸达到的某种平衡所致;大约在15min时,反应完成

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无论与生成物还是反应物作夹角的趋势图都符合实际的反应情况,表明利用拉曼几何空间夹角的方法可以完成对合成阿司匹林反应过程的实时追踪。


感谢:广西科技大学生物与化学工程学院姚志湘、栗晖二位老师提供的相关研究资料



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