激光拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法測(cè)定甘氨酸濃度

鄒 明,鄒遠(yuǎn)磊

(湖北民族學(xué)院 理學(xué)院，湖北 恩施 445000)

甘氨酸是人體根據(jù)自身需要合成的一種非必需氨基酸，具有相對(duì)較小的分子量和較簡(jiǎn)單的化學(xué)結(jié)構(gòu)，有簡(jiǎn)單的拉曼光譜圖.氨基酸的出廠質(zhì)量檢測(cè)和市場(chǎng)銷售的質(zhì)量安全檢測(cè)主要包括產(chǎn)品中的成分檢測(cè)和含量檢測(cè)，現(xiàn)用檢測(cè)方法常為化學(xué)分析法、液相色譜法、紅外吸收光譜法等[1～3]，它們各有獨(dú)自的優(yōu)點(diǎn).激光拉曼光譜是激光光譜學(xué)中的一個(gè)重要分支，應(yīng)用十分廣泛，激光拉曼光譜檢測(cè)具有精度高、快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)的特點(diǎn)，更重要的是一種無損的定性、定量分析方法[4～8].拉曼信號(hào)的強(qiáng)度與溶液中溶質(zhì)分子的濃度成正比，因此可用拉曼強(qiáng)度的變化來反映溶液中對(duì)應(yīng)溶質(zhì)的濃度，在實(shí)際檢測(cè)中為消除儀器等因素的影響，可選擇合適的內(nèi)標(biāo).

本文對(duì)甘氨酸水溶液的激光拉曼光譜進(jìn)行了測(cè)定研究，利用甘氨酸的特征峰和溶液中水的特征峰組成的相對(duì)強(qiáng)度，作為測(cè)定含量的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)甘氨酸溶液含量進(jìn)行了測(cè)定，并得出了甘氨酸水溶液中濃度與拉曼光譜相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器及樣品參數(shù)

實(shí)驗(yàn)儀器：激光拉曼光譜儀LRS-3(天津市東科技發(fā)展有限公司).儀器規(guī)格參數(shù)：光柵1 200L/mm；陷波濾波器，波長(zhǎng)532 nm；光譜寬度<20 nm；激光光源輸出功率(半導(dǎo)體激光器，532 nm)>40 mW.樣品：甘氨酸(氨基乙酸)(武漢市江北化學(xué)試劑廠).樣品溶液配制(在25℃時(shí)濃度范圍 0≤p≤25 g/100 mL):①選定以自制蒸餾水為溶劑，甘氨酸精粉為溶質(zhì)；②分別稱取溶質(zhì)0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.8 g倒入10 mL的容量瓶；③將蒸餾水倒入容量瓶，定容在10 mL處；④在室溫下，使之完全溶解，并標(biāo)上與濃度對(duì)應(yīng)的序號(hào).

1.2 試驗(yàn)參數(shù)

波數(shù)間隔：0.1 nm；起始波長(zhǎng)：532 nm；終止波長(zhǎng)：750 nm；負(fù)電壓：6；閾值：12；激光光源功率：45.8 mw；單色儀縫寬：1.100 mm；積分時(shí)間：800 ms.

圖1 甘氨酸拉曼譜圖

1.3 試驗(yàn)方法

在儀器已調(diào)試好的基礎(chǔ)上，將配置的不同濃度的甘氨酸溶液裝入樣品管，采用正入射法檢測(cè)，激光聚焦于樣品管的中部中心，依次按照樣品的序號(hào)，測(cè)定不同濃度的甘氨酸溶液的拉曼光譜圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 甘氨酸拉曼光譜圖

對(duì)甘氨酸粉末進(jìn)行測(cè)試，得到的拉曼光譜[9]如圖1.從圖中可以看出，在898.7 cm-1附近有較強(qiáng)吸收峰，這是由-CC+和-CN的伸縮振動(dòng)引起的；在1 330 cm-1的峰，是-CH2的搖擺振動(dòng)和-CN的伸縮振動(dòng)引起的；在2 977 cm-1的峰是-CH2的伸縮振動(dòng)引起的.

2.2 內(nèi)標(biāo)和定量峰的選擇

在直接定量測(cè)定過程中，由于樣品濃度不同，引起散射指數(shù)的變化，以及溶液中的其他噪聲等因素，會(huì)對(duì)拉曼峰帶來不可預(yù)知的影響，所以對(duì)不同濃度溶液中的拉曼峰強(qiáng)度的直接定量會(huì)很困難，需要加入內(nèi)標(biāo)以相對(duì)強(qiáng)度的方式來消除影響.對(duì)非水溶液，常用內(nèi)標(biāo)為四氯化碳(459 cm-1)，對(duì)水溶液，常用內(nèi)標(biāo)為硝酸根離子(1 050 cm-1)和高氯酸根離子(930 cm-1).本實(shí)驗(yàn)選用水峰(3 200 cm-1)為內(nèi)標(biāo)，避免了加入離子對(duì)樣品的影響，是定量分析的一種方便內(nèi)標(biāo).

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理

對(duì)不同濃度的甘氨酸水溶液進(jìn)行測(cè)定，得到的拉曼譜圖如圖2和圖3(圖中的譜線標(biāo)號(hào)分別與樣品序號(hào)對(duì)應(yīng))，可知其特征峰的強(qiáng)度隨濃度的增加而增強(qiáng).將甘氨酸898.7 cm-1特征峰強(qiáng)度與水的3 200 cm-1峰強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，得到表1.通過orign數(shù)學(xué)軟件對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次線性擬合處理得到的相對(duì)強(qiáng)度R與甘氨酸濃度ρ的關(guān)系為:

R=A+Bρ+Cρ2

其中A=1.242 78，B=0.536 22，C=0.499 7，A，B，C的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.044 72，0.114 64，0.061 83，函數(shù)曲線如圖4，曲線適用濃度取值范圍為0.2～1.6 g/10 mL.

圖2 對(duì)應(yīng)樣品序號(hào)為1-5的樣品拉曼譜圖

圖3 對(duì)應(yīng)樣品序號(hào)為6-10的樣品拉曼譜圖

2.4 試樣測(cè)定

為驗(yàn)證激光拉曼光譜裝置及次濃度測(cè)定方法的可靠性，選用可作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的不同濃度的醫(yī)用葡萄糖注射液.測(cè)定其在20℃下的濃度，測(cè)定結(jié)果與樣品標(biāo)準(zhǔn)值一致，總相對(duì)誤差為0.84%，可見此激光拉曼光譜裝置及次濃度測(cè)定方法是可靠的.

圖4 相對(duì)強(qiáng)度與不同濃度的數(shù)據(jù)擬合曲線

表1 不同濃度甘氨酸溶液對(duì)應(yīng)的特征峰值和相對(duì)強(qiáng)度

3 討論

從圖2和圖3發(fā)現(xiàn)，曲線較好地反應(yīng)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況，得到了相對(duì)強(qiáng)度R與甘氨酸濃度ρ的關(guān)系，但擬合系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差稍大，這是因?yàn)椋孩賹?shí)驗(yàn)中不同濃度的樣品測(cè)試時(shí)，內(nèi)標(biāo)峰和特征峰都存在一定的頻移現(xiàn)象；②激發(fā)波長(zhǎng)較短，熒光較強(qiáng)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)的精度有影響，不過激光功率較大，仍易看到甘氨酸明顯的拉曼峰.

本文應(yīng)用拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法研究甘氨酸水溶液的濃度與光譜相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系，獲得了成功，該關(guān)系在濃度范圍為0.2～1.6 g/10 mL時(shí)有良好的實(shí)用性.通過實(shí)驗(yàn)知道該方法具有測(cè)定簡(jiǎn)單，不受溶液中共存離子干擾，樣品無損，是一種綠色分析測(cè)定方法.

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