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現(xiàn)多通道和遠程信號采集，同時其檢測速度快、靈敏度高、安裝便捷的特點，正被研究并應(yīng)用于各種合成反應(yīng)過程的實時監(jiān)測。本文主要介紹通過拉曼光譜儀進行在線監(jiān)測*合成反應(yīng)過程。
*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。目前報道的*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。常見的檢測方法需要對檢測樣品進行取樣，溶解等處理，分析過程繁瑣、費時，不能滿足現(xiàn)代對藥物生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控。
而拉曼光譜法不需前處理、可直接檢測，幾秒內(nèi)輸出結(jié)果，操作簡單便捷，檢測結(jié)果準(zhǔn)確。具體實驗如下：
廣泛應(yīng)用于食品安全、國防安全、珠寶鑒定、醫(yī)藥等對原材料快速篩選、現(xiàn)場快速檢測及物質(zhì)分析鑒定等行業(yè)。
反應(yīng)過程在線監(jiān)測裝置圖
實驗步驟
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，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（*）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；積分時間2000ms。
數(shù)據(jù)分析
1）打開數(shù)據(jù)處理平臺（matlab2018b），導(dǎo)入所采集的反應(yīng)過程光譜s1-s41和b1；
對照品*與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖見圖1。
圖1 對照品*與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
2）調(diào)用算法程序，對s1-s18和b1進行一階導(dǎo)光譜預(yù)處理，然后求取反應(yīng)過程光譜s1-s41與*純光譜b1的夾角值；
3）繪制夾角值和時間的關(guān)系圖，得到合成過程生成物乙酰水楊酸（*）的反應(yīng)趨勢，判斷反應(yīng)終點。圖2為不同反應(yīng)時間下樣本中對應(yīng)*夾角值的變化趨勢圖。
圖2 不同反應(yīng)時間下夾角值的變化趨勢圖（*）
從圖可以看出，反應(yīng)到15min，體系拉曼光譜響應(yīng)與*的純光譜的角度值變化趨于平緩，也就是生成物*含量不再增加，反應(yīng)終點在15min左右。采用拉曼光譜可以實現(xiàn)對*合成過程反應(yīng)趨勢跟蹤。
同理，對體系其他組分乙酸酐、水楊酸、和醋酸進行了分析，結(jié)果見圖3-圖8 。
圖3 對照品醋酸與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
圖4 不同反應(yīng)時間下夾角值的變化趨勢圖（醋酸）
圖5對照品水楊酸與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
圖6 不同反應(yīng)時間下夾角值的變化趨勢圖（水楊酸）
圖7 對照品乙酸酐與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖
圖8 不同反應(yīng)時間下夾角值的變化趨勢圖（乙酸酐）
圖9體系四種組分的反應(yīng)趨勢圖
從圖9可以看出：
前三個點異常是因為反應(yīng)未開始，反應(yīng)物處于溶解狀態(tài)，正式反應(yīng)是從第4個點開始的；乙酸酐趨勢圖第4、5、6、7個點有上翹，是因為反應(yīng)中與醋酸達到的某種平衡所致；大約在15min時，反應(yīng)完成。
無論與生成物還是反應(yīng)物作夾角的趨勢圖都符合實際的反應(yīng)情況，表明利用拉曼幾何空間夾角的方法可以完成對合成*反應(yīng)過程的實時追蹤。
感謝：廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院姚志湘、栗暉二位老師提供的相關(guān)研究資料。