簡介
尿素被廣泛用作氮素釋放的肥料，并且90%以上的尿素產(chǎn)量被用于農(nóng)業(yè)。眾所周知，尿素還能與脂肪酸形成復(fù)合物，這些復(fù)合物已被用于復(fù)雜混合物的分離和純化過程。在這篇應(yīng)用說明中，我們會(huì)介紹用拉曼光譜法對乙醇中的尿素濃度進(jìn)行量化，并展示如何用這種方法來確定尿素在與硬脂酸的固體包合物中的百分比。
試驗(yàn)
化學(xué)品:尿素(品牌 Aldrich，>99%);硬脂酸(SA)(品牌 Aldrich，>95%);乙醇(Soria)
拉曼系統(tǒng)包含一個(gè) 785nm 的激光器，該激光器與用于測量的拉曼探頭相連。一個(gè)用于探測的 ExemplarPlus 光譜儀。這些來自 m-oem 的組件可按照顧客采集數(shù)據(jù)的配置需求來進(jìn)行定制。
先制備尿素(0.0420 格令/每格令乙醇)和硬脂酸(0.04126 格令/每格令乙醇)作為儲備溶液。然后按照不同的比例混合這些儲備溶液來制備測試標(biāo)準(zhǔn)溶液，在保持總質(zhì)量濃度(尿素+硬脂酸)大致不變的條件下，獲得尿素濃度為 0 到 0.042 格令/每格令乙醇的尿素+硬脂酸混合樣品溶液。采用785nm激光(功率:30%，約90mw)和5000ms的采集時(shí)間(20次重復(fù))對每種鋁制容器中0.5ml的溶液進(jìn)行測量，可得到拉曼光譜圖。沒有觀察到加熱或蒸發(fā)造成的影響。圖1已使用 BWSpec軟件對標(biāo)準(zhǔn)溶液的背景光譜進(jìn)行了校正。
圖 1.進(jìn)行了暗電流扣除和基線校準(zhǔn)后的乙醇中尿素和硬脂酸的標(biāo)準(zhǔn)溶液的拉曼光譜圖。
結(jié)果
按照 1049-1050cm-1處的乙醇波段峰的強(qiáng)度對光譜進(jìn)行歸一化。歸一化后的光譜(圖 2)清楚地表明，隨著樣品中尿素相對濃度的增加，其中明顯的變化發(fā)生在996-997cm-1的波段，這是由尿素造成的。這個(gè)波段對應(yīng)于對稱的 C-N拉伸，在實(shí)驗(yàn)和理論上，固體尿素的峰是在 1010cm-1左右，但在溶液中會(huì)轉(zhuǎn)移到較低的波數(shù)。
圖 2.乙醇中尿素+硬脂酸標(biāo)準(zhǔn)溶液歸一化光譜。(A)完整光譜(B)分析區(qū)域。
為達(dá)到量化的目的，用4次洛倫茲函數(shù)算法對光譜進(jìn)行了解卷積，可擬合出 950-1200cm-1區(qū)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些標(biāo)準(zhǔn)溶液的曲線擬合結(jié)果顯示在圖 3中。
將996cm-1處尿素(peakl，al)和1049cm-1處乙醇(peak2，a2)擬合后峰的強(qiáng)度比率作為后續(xù)參考分析數(shù)據(jù)。該比率與樣品中尿素濃度的關(guān)系見圖4。該圖中繪制出的校準(zhǔn)曲線表現(xiàn)出了較好的線性特征，說明該參數(shù)可用于尿素的定量測量。
為了測定真實(shí)尿素和硬脂酸混合樣品中含有尿素的含量，將固體樣品溶于乙醇(0.04299 格令/每格令乙醇)，并在相同條件下記錄拉曼光譜。通過擬合得到996cm-1和1049cm-1的峰值(圖5)，從這個(gè)樣品a1/a2 比率的值來看，溶液中尿素的濃度被確定為 0.03274格令/每格令乙醇。因此，樣品的尿素含量為質(zhì)量比 76%。這個(gè)數(shù)值與其他報(bào)道的由硬脂酸和尿素形成的包合物的數(shù)值一致(約75%)。
圖3.950-1200cm-1區(qū)域的拉曼光譜的擬合。尿素30、尿素60和尿素100的平均溶液分別為0.0123、0.0248和 0.0413格令尿素/格令乙醇。
圖4.乙醇中尿素定量的校準(zhǔn)曲線。尿素(a1)和乙醇(a2)的擬合帶強(qiáng)度之比與標(biāo)準(zhǔn)溶液中尿素含量的關(guān)系。
圖 5.樣品光譜的擬合。
結(jié)論
我們提出了一種利用拉曼光譜法來定量分析乙醇溶液中尿素濃度的簡單方法。校準(zhǔn)曲線在分析的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的線性特征(濃度高達(dá) 0.042 格令/每格令乙醇)。樣品中硬脂酸的存在不會(huì)明顯改變拉曼光譜(濃度至少在 0.042 格令/每格令乙醇下)，因此這種方法可以對同時(shí)含有尿素和硬脂酸的固體混合樣品進(jìn)行尿素的定量測量。
