激光拉曼光谱内标法测定甘氨酸浓度

邹 明,邹远磊

(湖北民族学院 理学院，湖北 恩施 445000)

甘氨酸是人体根据自身需要合成的一种非必需氨基酸，具有相对较小的分子量和较简单的化学结构，有简单的拉曼光谱图.氨基酸的出厂质量检测和市场销售的质量安全检测主要包括产品中的成分检测和含量检测，现用检测方法常为化学分析法、液相色谱法、红外吸收光谱法等[1～3]，它们各有独自的优点.激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛，激光拉曼光谱检测具有精度高、快速、简单、可重复的特点，更重要的是一种无损的定性、定量分析方法[4～8].拉曼信号的强度与溶液中溶质分子的浓度成正比，因此可用拉曼强度的变化来反映溶液中对应溶质的浓度，在实际检测中为消除仪器等因素的影响，可选择合适的内标.

本文对甘氨酸水溶液的激光拉曼光谱进行了测定研究，利用甘氨酸的特征峰和溶液中水的特征峰组成的相对强度，作为测定含量的标准，对甘氨酸溶液含量进行了测定，并得出了甘氨酸水溶液中浓度与拉曼光谱相对强度的关系.

1 材料与方法

1.1 试验仪器及样品参数

实验仪器：激光拉曼光谱仪LRS-3(天津市东科技发展有限公司).仪器规格参数：光栅1 200L/mm；陷波滤波器，波长532 nm；光谱宽度<20 nm；激光光源输出功率(半导体激光器，532 nm)>40 mW.样品：甘氨酸(氨基乙酸)(武汉市江北化学试剂厂).样品溶液配制(在25℃时浓度范围 0≤p≤25 g/100 mL):①选定以自制蒸馏水为溶剂，甘氨酸精粉为溶质；②分别称取溶质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将蒸馏水倒入容量瓶，定容在10 mL处；④在室温下，使之完全溶解，并标上与浓度对应的序号.

1.2 试验参数

波数间隔：0.1 nm；起始波长：532 nm；终止波长：750 nm；负电压：6；阈值：12；激光光源功率：45.8 mw；单色仪缝宽：1.100 mm；积分时间：800 ms.

图1 甘氨酸拉曼谱图

1.3 试验方法

在仪器已调试好的基础上，将配置的不同浓度的甘氨酸溶液装入样品管，采用正入射法检测，激光聚焦于样品管的中部中心，依次按照样品的序号，测定不同浓度的甘氨酸溶液的拉曼光谱图.

2 结果与分析

2.1 甘氨酸拉曼光谱图

对甘氨酸粉末进行测试，得到的拉曼光谱[9]如图1.从图中可以看出，在898.7 cm-1附近有较强吸收峰，这是由-CC+和-CN的伸缩振动引起的；在1 330 cm-1的峰，是-CH2的摇摆振动和-CN的伸缩振动引起的；在2 977 cm-1的峰是-CH2的伸缩振动引起的.

2.2 内标和定量峰的选择

在直接定量测定过程中，由于样品浓度不同，引起散射指数的变化，以及溶液中的其他噪声等因素，会对拉曼峰带来不可预知的影响，所以对不同浓度溶液中的拉曼峰强度的直接定量会很困难，需要加入内标以相对强度的方式来消除影响.对非水溶液，常用内标为四氯化碳(459 cm-1)，对水溶液，常用内标为硝酸根离子(1 050 cm-1)和高氯酸根离子(930 cm-1).本实验选用水峰(3 200 cm-1)为内标，避免了加入离子对样品的影响，是定量分析的一种方便内标.

2.3 试验数据及其处理

对不同浓度的甘氨酸水溶液进行测定，得到的拉曼谱图如图2和图3(图中的谱线标号分别与样品序号对应)，可知其特征峰的强度随浓度的增加而增强.将甘氨酸898.7 cm-1特征峰强度与水的3 200 cm-1峰强度进行对比，得到表1.通过orign数学软件对表1中的数据进行二次线性拟合处理得到的相对强度R与甘氨酸浓度ρ的关系为:

R=A+Bρ+Cρ2

其中A=1.242 78，B=0.536 22，C=0.499 7，A，B，C的标准偏差分别为0.044 72，0.114 64，0.061 83，函数曲线如图4，曲线适用浓度取值范围为0.2～1.6 g/10 mL.

图2 对应样品序号为1-5的样品拉曼谱图

图3 对应样品序号为6-10的样品拉曼谱图

2.4 试样测定

为验证激光拉曼光谱装置及次浓度测定方法的可靠性，选用可作为测量标准的不同浓度的医用葡萄糖注射液.测定其在20℃下的浓度，测定结果与样品标准值一致，总相对误差为0.84%，可见此激光拉曼光谱装置及次浓度测定方法是可靠的.

图4 相对强度与不同浓度的数据拟合曲线

表1 不同浓度甘氨酸溶液对应的特征峰值和相对强度

3 讨论

从图2和图3发现，曲线较好地反应了实验数据的情况，得到了相对强度R与甘氨酸浓度ρ的关系，但拟合系数的标准偏差稍大，这是因为：①实验中不同浓度的样品测试时，内标峰和特征峰都存在一定的频移现象；②激发波长较短，荧光较强，对采集的数据的精度有影响，不过激光功率较大，仍易看到甘氨酸明显的拉曼峰.

本文应用拉曼光谱内标法研究甘氨酸水溶液的浓度与光谱相对强度的关系，获得了成功，该关系在浓度范围为0.2～1.6 g/10 mL时有良好的实用性.通过实验知道该方法具有测定简单，不受溶液中共存离子干扰，样品无损，是一种绿色分析测定方法.

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