实时监测技术应用于化学合成成分分析的价值评价

2022-09-11

化学合成反应的进行除了与反应物的结构及理化特性有关外, 还与反应物的浓度/配比、组成、温度、压力、时间、溶剂、催化剂及PH等因素有关。实时监测技术则能对化学过程中的宏观或微观变量进行动态监测, 能对反应进程与终点进行合理调控与确认, 从而达到定量合成目标产物的目的。本文通过对实时监测技术应用于化学合成成分分析的价值进行简单综述, 为化学合成成分实时监测方法提供借鉴。

一、实时光谱监测技术在化学合成成分实时监测中的应用

1. 紫外-可见分光光度法

紫外-可见分光光度法是目前国内比较常见的一种光谱学测量方法, 其具有操作简便、快捷等优点, 但只适用于少数特征性强 (具有共轭体系) 的反应产物的辅助鉴定和质量控制。李晓玲[1]表明紫外可见分光光度法在渔业环境监测中可测定营养盐、硫化物、氰化物、油类、叶绿素a、重金属等多个指标, 并对此类化学物质起到实时监测的作用。

2. 红外光谱法

红外光谱是分子吸收红外辐射引起原子基团偶极矩变化而产生的一种振动-转动光谱, 其谱图包含丰富的分子结构信息, 集中表现了各种原子基团的振动形式, 它是一种经典的结构分析方法。傅里叶变换技术的出现, 使红外光谱分析迅速发展。傅里叶变换红外光谱法 (FTIR) 的Jacquinot、Fellgett和Connes优点, 使得FTIR及其联用技术被广泛用于研究化学反应。FTIR包括近红外光谱法 (NIR) 和中红外光谱法 (MIR) , 其因具有分辨率高、分析速度快、数据处理能力强、易克服背景干扰及灵敏度和信噪比高等特点, 特别适合于探究化学反应机理和控制产物质最, 也可与GC, HPLC或凝胶渗透色谱联用, 用来观测瞬时反应[2]。

3. 拉曼光谱法

拉曼光谱是由分子振动和转动产生的光谱, 能够提供大量分子结构信息, 属于分子光谱, 其具有快速、简单、可重复、且对样品无损伤分析等特点。张丽君[3]利用表面增强拉曼散射 (SERS) 光谱原位考察不同电位下4-氨基安替比林 (4-AAP) 在电极表面的吸附机理以及其组装液p H值对其与银作用方式的影响。依据密度泛函数 (DFT) 理论预测4-AAP分子振动模式及其SERS光谱归属, 对反应过程进行了实时的原位监测。

4. 核磁共振法

核磁共振法 (NMR) 尤其是1 H-NMR具有高度的重现性与唯一性, 可对复杂体系中某些成分的化学特征进行快速鉴别, 非常适用于表征特定的化学成分。核磁共振法广泛应用于有机化合物的定性分析, 但是它在化合物纯度定值、含量测定中也具有很重要的作用, 分为一维谱 (1H、13C、14N、15N、19F、31PNMR) 、二维谱 (J-分辨、1H-1H、1H-13C、DOSY) 、液相色谱-核磁共振联用法 (LC-NMR) 、固体NMR等NMR类型.其中, 1H谱最常用, 其他一维谱对不同化合物各有其优势.二维核磁共振法对于在一维谱图中信号严重重叠的复杂样品的定量分析非常重要.LC-NMR联用技术将高效的分离手段与NMR联用, 可以获得复杂样品的信息[4]。

5. 质谱法

质谱法 (MS) 具有具备高灵敏度、高精确度、高通量、高度自动化等特点。MS因无分离能力, 无法直接用于待测组分的实时定性定量分析, 故需与HPLC和GC联用。祁婉舒[5]等人表明采用DART-MS (实时直接分析质谱法) 建立了一种简单快速测定人工合成驱蚊化合物如DEET (避蚊胺) 、BAAPE (驱蚊酯) 等的方法.在常温常压下, 无需对天然驱蚊产品进行任何预处理, 通过比对标准品的质谱信号离子, 即可快速鉴别出天然驱蚊产品中的人工添加剂.该方法大大缩短了分析时间, 并且具有原位、准确且高通量的优点.

二、实时色谱监测技术在化学合成成分实时监测中的应用

气相色谱法 (GC) 具有快速、灵敏、高效、用量少、重现性好及选择性高等特点, 是最重要的一种在线实时分离分析技术。GC实时监控化学合成成分的关键在其对具体反映系统的色谱分离条件的设计、筛选及优化, 用校正归一化法或外标法对混合物中待测组分含量的实时计算, 从而起到实时监测的目的。

高效液相色谱法 (HPLC) 克服了GC对受试样品的热稳定性、化学稳定性、挥发性的苛刻要求, 其通过与不同在线榆测器的联用, 从而对特定的化学成分进行有针对的实时监测, 并能取得良好的分离效果, 实现对特定化学反应的动态分析与实时监测。另外, 毛细管电泳法、薄层色谱法也能运于对化学反应的实时监测。

三、联用技术在化学合成成分实时监测中的应用

在化学合成成分分析实时监测中除了单一技术的运用外, 还有联用技术的运用, 如色谱-色谱, 光谱-光谱、色谱-光谱及其他的联用模式。技术的联用不仅能提高实时监测中的灵敏性、鉴别性, 还能实现对复杂体系中特定成分的实时监控。

小结

色谱技术和光谱技术均能对化学合成成分进行实时监测, 随着微处理技术的不断发展, 实时在线分析仪器向智能化、微型化、数字化、功能化的多通道组分监测方向的发展, 其能为化学合成成分的实时监测提供可靠的硬件条件。同时, 联用技术的使用因其能克服单一技术使用的缺陷与不足, 其将在化学合成成分实时监测分析中起到重要的作用, 值得重点关注。