紅外光譜快速分析安息香合成產(chǎn)物

張寶棟，粟 暉，姚志湘，翟高廣

（廣西科技大學(xué)，廣西 柳州 545006）

對(duì)于安息香，不管以前還是現(xiàn)在，定性的方法都是采用紅外光譜分析方法[1]。而對(duì)于安息香定量，僅有采用熔點(diǎn)粗略的判定安息香的純度[2]。然而對(duì)于藥品安息香，可采用了紫外可見進(jìn)行了定量分析[3]。

本文采用氣相色譜對(duì)合成產(chǎn)物安息香進(jìn)行了定量分析，將紅外光譜結(jié)合角度轉(zhuǎn)換建立了安息香的快速分析模型，完成安息香的定量快速分析。該方法只需對(duì)安息香樣品進(jìn)行紅外光譜的采集，即可以通過建立的關(guān)系曲線快速的得到該樣品的純度。

紅外光譜分析技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活的很多方面得到了應(yīng)用。其中有王子成[4]采用紅外光譜對(duì)煙草中的水分進(jìn)行了快速的分析。何東健[5]采用紅外檢測(cè)水果內(nèi)部褐變等生理缺陷,可用于在線、全量檢測(cè)水果的內(nèi)部品質(zhì)。在食用油分析中，大部分應(yīng)用在食用油種類鑒別[6]、摻偽摻假[7]得到了人們認(rèn)可和重視。Huseyin等[8]人開發(fā)了手持式和便攜式光譜儀，應(yīng)用在64種商品薯片中丙烯酰胺含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間有著良好的線性關(guān)系，進(jìn)而說明便攜式和手持式光譜儀可以無損快速地測(cè)定薯片中的丙烯酰胺含量值。

然后采用基于角度度量的多變量分析方法[9-10]：通過將不穩(wěn)定的光譜強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為向量間的角度值，在向量角轉(zhuǎn)換過程中采用向量間的夾角余弦并結(jié)合多元線性回歸方法進(jìn)行建模，既顯著降低了分析操作環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，同時(shí)更加提高了使用所建模型定量分析的穩(wěn)定性和可靠性。因此可以使用向量角轉(zhuǎn)換的多變量分析方法結(jié)合紅外光譜完成安息香純度的快速分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

主要實(shí)驗(yàn)儀器：臺(tái)式全自動(dòng)制冰機(jī)、真空干燥箱、循環(huán)水式真空泵、分析天平、智能磁力攪拌器、壓片機(jī)、氣相色譜儀（天美456C/436C）、紅外光譜儀（Frontier）。

主要實(shí)驗(yàn)藥品：聚乙二醇（PEG-6000）、維生素B1（VB1）、氫氧化鈉、苯甲醛、乙醇、無水乙醇、無水碳酸鈉、溴化鉀。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

稱取一定量PEG-6000于冰水浸泡的三口燒瓶（100mL）中，加入5 mL水，15mL95%乙醇，接著加入一定量VB1（水與無水乙醇的體積比在1∶3較好，如果比例過大或過小都可能導(dǎo)致VB1溶解不充分），然后用冷水浸泡過的10%Na2CO3調(diào)節(jié) pH為9～10，加入10mL苯甲醛（通過計(jì)算的到安息香的理論產(chǎn)率為：10.4g），加入攪拌子，裝上回流管最后放入65℃的磁力攪拌器中反應(yīng)75min。反應(yīng)結(jié)束后，用冷乙醇抽濾，得到安息香樣品。通過氣相色譜，測(cè)定其純度。

隨機(jī)抽取17例合成樣品（共30例）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.1 系列樣品的制備

制備安息香樣品的KBr片：準(zhǔn)確稱取安息香樣品 （S4、S6、S7、S9、S11、S14、S15、S16、S17、 S18、 S20、 S21、 S22、 S23、 S24、 S25、S26、S27）以及標(biāo)準(zhǔn)品，然后按照質(zhì)量與KBr質(zhì)量比為1∶100的加入KBr混合均然后充分研磨，接著進(jìn)行壓片，最終的到17個(gè)樣本。

1.2.2 紅外光譜的采集

對(duì)安息香標(biāo)準(zhǔn)品及安息香樣品的壓片樣進(jìn)行中紅外的透射光譜的采集，采集的光譜范圍在450cm-1至4000cm-1，分辨率為1cm-1，采集波數(shù)間隔 1cm-1。

將17個(gè)樣品按照上述編號(hào)進(jìn)行光譜采集，得到相應(yīng)的紅外光譜數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法

將得到的樣品數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)品的數(shù)據(jù)導(dǎo)進(jìn)Matlab中，把標(biāo)準(zhǔn)樣作為基準(zhǔn)，其他樣品作為對(duì)比，計(jì)算出樣品與標(biāo)準(zhǔn)品之間的夾角值。把每個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的EE列出，隨機(jī)選取7個(gè)樣品的EE值與氣相得到的真實(shí)純度建立校正曲線，觀察曲線的相關(guān)性。同時(shí)根據(jù)校正曲線算出其余樣品的預(yù)測(cè)值，把預(yù)測(cè)值與真實(shí)值建立相關(guān)曲線，對(duì)比預(yù)測(cè)值真實(shí)與真實(shí)值得誤差，從而得到紅外快速分析的可行性。

因此為了結(jié)果更加準(zhǔn)確，還可以對(duì)光譜進(jìn)行處理:1）去波段，只選取出峰波段計(jì)算；2）對(duì)光譜進(jìn)行求導(dǎo)，一階導(dǎo)及二階導(dǎo)；3）對(duì)光譜進(jìn)行平滑后再求導(dǎo)。

具體數(shù)據(jù)處理流程：

把數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab軟件，結(jié)合角度轉(zhuǎn)換計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的角度值（EE），接著選取其中的S6、S7、S14、S15、S27、S16、S22、S23 號(hào)樣品的EE值與氣相色譜計(jì)算得到的純度建立曲線，通過該曲線算出預(yù)測(cè)出安息香樣品的純度。最終以預(yù)測(cè)純度（后面統(tǒng)稱預(yù)測(cè)值）與氣相色譜測(cè)出的純度（后面統(tǒng)稱真實(shí)值）之間的相對(duì)誤差來確定所建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線是否能夠用于安息香純度的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可有效減小光譜中噪音等影響因素的干擾。對(duì)比下列原始數(shù)據(jù)、一階導(dǎo)數(shù)據(jù)、二階導(dǎo)數(shù)據(jù)、平滑后原始數(shù)據(jù)、平滑后一階導(dǎo)數(shù)據(jù)與平滑后二階導(dǎo)數(shù)據(jù)，得出最優(yōu)建模，并與真實(shí)情況對(duì)比誤差。見圖1～圖4。

圖1 一階導(dǎo)后EE值與純度曲線

圖2 二階導(dǎo)后EE 值與純度曲線

圖3 平滑后一階導(dǎo)的EE值與純度曲線

圖4 平滑后二階導(dǎo)的EE值與純度曲線

對(duì)比圖1到圖4，其中圖3平滑后一階導(dǎo)與圖4平滑后二階導(dǎo)對(duì)應(yīng)的曲線相關(guān)較好，可以用作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

將剩余樣品測(cè)得角度值（EE值）帶入所得標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出剩余EE值所對(duì)應(yīng)樣品純度。再將次樣品純度與氣相色譜測(cè)得真實(shí)純度進(jìn)行對(duì)比，比較哪條表準(zhǔn)曲線更符合模型要求。見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及相關(guān)性比較

通過計(jì)算比較，得到結(jié)果平滑后二導(dǎo)后的結(jié)果比平滑后一階導(dǎo)后的結(jié)果更好，說明平滑后二階導(dǎo)的模型更為適合安息香的產(chǎn)物檢測(cè)處理。因此確立了安息香快速分析的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=-0.0111x+1.2367。

使用該標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的平均誤差為2.27%，每個(gè)樣品相對(duì)誤差也在4%以內(nèi)，相關(guān)性好，能夠作為快速檢測(cè)安息香產(chǎn)物的依據(jù)。

3 結(jié)語

通過得到的EE值與純度關(guān)系曲線，及真實(shí)純度與預(yù)測(cè)純度的關(guān)系曲線，最終確定采用紅外結(jié)合空間向量角度測(cè)定安息香純度的方法是可以實(shí)行的。從不同光譜的處理方法中得到安息香譜圖較為適合平滑后一階導(dǎo)的處理方法。因此根據(jù)處理結(jié)果建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線（EE值與純度的關(guān)系曲線） 為：y=-0.0111x+1.2367，相關(guān)性 R=0.9819。通過該曲線得到的紅外測(cè)量值與真實(shí)值之間的相對(duì)誤差都在4%以內(nèi)。能夠作為快速檢測(cè)安息香合成樣品的有效方法。