高度稀释的过硫酸铵中不同浓度溶液的拉曼光谱分析检测方案(激光拉曼光谱)

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相关领域：：高分子，分子生物，半导体，食品，化学品 由于拉曼效应相较于瑞利散射效应来说，其产生概率较低，所以拉曼光谱普遍被认为是一种弱信号。因此，大多数拉曼光谱仪只能检测浓度较高的固体、液体样品，对于微量的、痕量的样品检出能力很低。随着各种硬件技术的提升以及光学设计的优化，拉曼光谱仪也不断得到发展：安东帕的 Cora5001拉曼光谱仪可以获得高通量光谱，进而极大提高了检测灵敏度。我们的实验结果证明： Cora5001可以检测水中超低浓度的自由基引发剂和氧化剂过硫酸铵(APS)，最低最出浓度为 0.005M，测量时间低于10 s。 1..拉曼光谱测量低浓度物质面临的挑战 普遍认为拉曼光谱仪很难检测低浓度样品，这是因为拉曼效应产生概率很小。如果样品越来越稀释，测得的 Raman 信号变弱，直至它在噪声中消失。虽然某种情况下可以通过增加光谱平均次数提高物理降噪能力，或延长光谱积分时间提高信号强度，亦或是降低探测器制冷下限来提高信噪比，但多数拉曼光谱仪的应用仍然会受到最低检测浓度的制约。 2.过硫酸铵——多功能氧化剂 过硫酸铵(APS)的化学式是(NH4)2(S2Os)，它是一种灰白色粉末，是--种应用广泛的重要试剂，例如自由基聚合中作为起始剂制备 PTFE (TeflonQ)，用于制备聚丙烯酰胺凝胶(电阻材料)，用作电路板的蚀刻试剂，用于接枝淀粉，，以及用作油消色剂(1.2]。 快速评估活性性质 APS 的存在非常重要。这是因为如果聚合物中残存了APS， 并且暴露在某些条件下(阳光、湿气、热、紫外线)时， APS 会发生分解，这会严重影响聚合物的质量。在食品(如淀粉或食用油)应用领域，确保 APS在后处理步骤中完全转化或完全洗掉也是非常重要的。 因此，在许多情况下监测剩余的 APS 或确定 APS试剂的活性很重要。在几乎所有情况下，检查或确定APS，时间是-一个重要因素(因为 APS很容易分解)。因此，对分析方法的要求包括测量时间短，使用简单和准备样品过程简单快捷。 拉曼光谱是快速评估试剂中 APS的理想工具，它可以直接测量液体，薄膜和粉末。 3. 仪器 3.1拉曼光谱 拉曼光谱是一种光学技术，是当激光光子通过样品时发生的非弹性散射现象。在散射过程中，-一部分光线波长改变，这些改变的光就能通过光谱仪进行分析。该技术提供了与样品的化学组成和结构相关的高度样品特异性信息。 实验使用了安东帕的 Cora 5001光谱仪(图2)，其双波长功能为强荧光样品(例如有色高分子膜)的测量提供了更多选择性和便利性。 图1：：安东帕 Cora5001 拉曼光谱仪 测量 APS 时使用785nm的激光波长， Cora 5001 配备了冷却到低于环境温度的 CCD 探测器和二极管激光器，可在样品位置提供高达450mW 的激光功率。 准备7种 APS水溶液，浓度为1.0M， 0.5M， 0.2M，0.04M， 0.02M， 0.01M 和 0.005M， 并倒入标准玻璃瓶中，测量无需其他的样品准备。准备了装有纯水的标准玻璃瓶。将小瓶房子样品槽中，使用最高 APS浓度的样品来调整焦点以优化样品位置以获得最大信号强度。在记录数据之前，用所提供的聚苯乙烯校准物质进行光谱仪校准。 曝光时间为4000ms， 并对光谱进行了背景校正。测量每个样品所需的时间仅为10 s。在相同条件下测量纯水样品并用作参考基线。 在浓度为 0.005 M (0.11wt%)样品的拉曼光谱中发现，在834 cm-1，980 cm-1， and 1074 cm-1这三个位置有明显的信号峰。 4. 鉴别低浓度的 APS 图2显示了测得的光谱。很明显， APS 的“化学指纹”在波数小于1500 cm的区域。降低 APS 的浓度拉 曼信号峰强度明显降低，向“背底”光谱靠近(图2中的虚线，是装满纯水的瓶子测得的光谱)。在835cm， 980 cm1， 1074 cm1的这三个强度很大的拉曼峰在浓度为 0.005 M (0.11%质量浓度)的溶液中都可以看到。这些信号足够高，可以用来开发专门的化学计量模型，用于质量评估，监测或量化。 图2不同浓度的 APS 水溶液的拉曼光谱 5. 结论 使用 Anton Paar Cora 5001拉曼光谱仪，获得了超级浓度的 APS 水溶液的晰晰可辨光谱特征。同时也证明了拉曼技术的优势，，可以设计出具有高灵敏度和低检测限度的高性能的光谱仪。 利用超低浓度溶液的光谱图可以开发可靠的化学计量模型用于半定量甚至定量分析，以便快速简便地进行质量评估。可用于聚合物质量监测，生物化学或食品工业中的进货或成品分析等。 ( 6. 参考文献 ) 1. Compound Entry in PubChem database of the NCBI，CID 62648， https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ com-pound/62648#section=Use-and-Manufacturing (ac-cessed：01/30/2018). ( 2. R. E. Harmon， S. K . Gupta， J . J ohnson， O x idation of Starch Catalyzed by Persulfate. Starch， 1971， 23，197. ) Contact Anton Paar GmbH Tel：+43 316 257-0 application@anton-paar.com|www.anton-paar.com AN 由于拉曼效应相较于瑞利散射效应来说，其产生概率较低，所以拉曼光谱普遍被认为是一种弱信号。因此，大多数拉曼光谱仪只能检测浓度较高的固体、液体样品，对于微量的、痕量的样品检出能力很低。随着各种硬件技术的提升以及光学设计的优化，拉曼光谱仪也不断得到发展：安东帕的 Cora5001拉曼光谱仪可以获得高通量光谱，进而极大提高了检测灵敏度。我们的实验结果证明：Cora5001 可以检测水中超低浓度的自由基引发剂和氧化剂过硫酸铵（APS），检出浓度为 0.005 M，测量时间低于10 s。