線上監測阿司匹林合成過程

拉曼光譜儀線上監測阿司匹林合成過程

     隨著雷射器、光纖探頭、控制軟體等技術的發展,使得拉曼光譜儀可以實現多通道和遠端信號採集,同時其檢測速度快、靈敏度高、安裝便捷的特點,正被研究並應用于各種合成反應過程的即時監測。本文主要介紹通過拉曼光譜儀進行線上監測阿司匹林合成反應過程。
 

     阿司匹林是一種歷史悠久的解熱鎮痛藥,常用于解熱鎮痛和抗風濕類藥物,近年來發現其還可以預防心腦血管疾病。目前報導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、高效液相色譜法等。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,不能滿足現代對藥物生產過程進行即時監控。

拉曼光譜法不需前處理、可直接檢測,幾秒內輸出結果,操作簡單便捷,檢測結果準確。具體實驗如下:
 

  • 實驗設備

SEED3000

尺寸

160×140×42mm

重量

1.25kg

輸出介面

Micro USB

光譜範圍

200-3100cm-1

波長解析度

<7cm-1 @10μm Slit

<10cm-1 @25μm Slit

<15cm-1 @50μm Slit

光譜頻移示值誤差

<3cm-1

光譜頻移重複性

<1cm-1

激發波長

785±0.5nm,線寬0.08nm

雷射器使用壽命

10,000 hrs

功耗

12V/2A

輸出功率

0-500mW可調

積分時間

1ms-65s

探頭工作距離

7.5mm

工作溫度

0-40

工作濕度

5-80%

 

     廣泛應用於食品安全、國防安全、珠寶鑒定、醫藥等對原材料快速篩選、現場快速檢測及物質分析鑒定等行業。
 

  • 實驗過程


                             
               反應過程線上監測裝置圖


 

  • 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,加入氨基磺酸並開始採集光譜,每隔1min採集1次反應體系拉曼光譜,10min後升溫到80℃,保溫反應30min。樣本光譜保存為S1-41。

2)取分析純乙醯水楊酸(阿司匹林)1g,採集純物質拉曼光譜資料,記為B1。

其中光譜採集參數為:雷射器功率400;波長785nm;積分時間2000ms。
 

  • 資料分析

1)打開資料處理平臺(MATLAB2018b),導入所採集的反應過程光譜S1-S41和B1;

對照品阿司匹林與不同時間下反應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過程的拉曼譜圖

2)調用演算法程式,對S1-S18和B1進行一階導光譜預處理,然後求取反應過程光譜S1-S41與阿司匹林純光譜B1的夾角值;

3)繪製夾角值和時間的關係圖,得到合成過程生成物乙醯水楊酸(阿司匹林)的反應趨勢,判斷反應終點。圖2為不同反應時間下樣本中對應阿司匹林夾角值的變化趨勢圖。


                                                    圖2 不同反應時間下夾角值的變化趨勢圖(阿司匹林)

     從圖可以看出,反應到15min,體系拉曼光譜回應與阿司匹林的純光譜的角度值變化趨於平緩,也就是生成物阿司匹林含量不再增加,反應終點在15min左右。採用拉曼光譜可以實現對阿司匹林合成過程反應趨勢跟蹤。

     同理,對體系其他組分乙酸酐、水楊酸、和醋酸進行了分析,結果見圖3-圖8


                                                         圖3 對照品醋酸與不同時間下反應過程的拉曼譜圖


                                                        圖4 不同反應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過程的拉曼譜圖


                                                   圖6 不同反應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過程的拉曼譜圖


                                                     圖8 不同反應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趨勢圖

  • 實驗結論

     無論與生成物還是反應物作夾角的趨勢圖都符合實際的反應情況,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過程的即時追蹤。





出處:廣西科技大學生物與化學工程學院姚志湘、栗暉二位老師提供的相關研究資料