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：

      廣泛應(yīng)用于食品安全、國防安全、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)。

反應(yīng)過程在線監(jiān)測(cè)裝置圖

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(zhǎng)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。

圖2 不同反應(yīng)時(shí)間下夾角值的變化趨勢(shì)圖（阿司匹林）

       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

圖4 不同反應(yīng)時(shí)間下夾角值的變化趨勢(shì)圖（醋酸）

圖5對(duì)照品水楊酸與不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖

圖6 不同反應(yīng)時(shí)間下夾角值的變化趨勢(shì)圖（水楊酸）

圖7 對(duì)照品乙酸酐與不同時(shí)間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖

圖8 不同反應(yīng)時(shí)間下夾角值的變化趨勢(shì)圖（乙酸酐）

圖9體系四種組分的反應(yīng)趨勢(shì)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。

        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。

      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。