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（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；

對照品阿司匹林與不同時間下反應(yīng)過程的拉曼譜圖見圖1。

圖1 對照品阿司匹林與不同時間下反應(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與阿司匹林純光譜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（阿司匹林）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)阿司匹林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（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)終點在15min左右。采用拉曼光譜可以實現(xiàn)對阿司匹林合成過程反應(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阿司匹林反應(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。