一种具有相似结构的复杂化合物的分析方法技术

一种具有相似结构的复杂化合物的分析方法，涉及分析化学领域和药物成分领域。基于高空间分辨率的光学显微成像技术与拉曼光谱技术结合的一种的复杂化合物分析方法，对化合物或聚合物光学显微成像，根据获得的图像识别图像中的颗粒；将图像中颗粒区域进行特定波长的光照射扫描，得到拉曼光谱数据集；对得到的拉曼光谱数据集进行拟合分析，并统计分析每个点上的化合物或聚合物组分参数分析值；根据箱状图展现的组分参数分析值c的分布来判断扫描颗粒的化合物或聚合物种类，以及是否为杂质。该方法精准、非接触、非损伤、快速、不改变待测物质的物理性质与化学性质，可以用于不同化学晶体的成分分析，尤其适合药物成分分析与质量控制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种具有相似结构的复杂化合物的分析方法


[0001]本专利技术涉及分析化学领域和药物成分领域，具体而言，涉及一种基于光学显微成像结合拉曼光谱的复杂化合物的分析方法。

技术介绍

[0002]交联、聚合反应生成的高分子量复杂化合物，广泛地应用于饮料、医药行业中。但是这种化合物成分复杂，包含简单的初始物质、中间产物、最终产物，而交联、聚合反应生成的中产物的分子量处于一定区间的交联体，因此对于这种物质的单晶分析困难，尤其是在不改变其物理和化学性质的情况下，如不溶于水、不加热制冷、不采用变色反应，那么光学检测是一种技术手段。
[0003]鉴于交联化合物在饮料、医药行业中的重要作用，亟需建立一种快速、无接触、保留交复杂化合物晶体状态的检测方法，目前已有的检测方法采用热熔点法、高分辨质谱法破坏物理性质；采用核磁共振技术无法分辨。近年来，高空间分辨率的光学显微成像技术发展迅速，为空间分辨复杂化合物中的单晶提供可行性；同时拉曼光谱具有分子标签的作用，使鉴定复杂化合物的成分成为可能。有鉴于此，本专利技术基于高空间分辨率的光学显微成像技术与拉曼光谱技术结合建立了一种非接触、无损伤的复杂化合物分析方法。本专利技术分析方法可以实现化学结构相似且光谱上无明显特征的不同化合物或聚合物的区分。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于高空间分辨率的光学显微成像技术与拉曼光谱技术结合建立了一种的复杂化合物分析方法。该方法操作简单、非接触、无损伤，可以对产品进行，只需要微量的物质在光波的照射下进行，可以应用于复杂化合物分析，而不改变包含复杂化合物的成品或者复杂化合物的物理和化学性质。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于高空间分辨率的光学显微成像技术与拉曼光谱技术结合的一种的复杂化合物分析方法，可以实现化学结构相似且拉曼光谱上无明显区别特征的不同化合物或聚合物的区分，包括以下步骤：
[0006](1)取待测化合物中可能的几种相似且光谱上无明显区别特征的纯净化合物粉末各1
‑
5mg，每种粉末分别放置在不同载玻片上，裸露直径3
‑
5mm，或者3
‑
5mm矩形，或者3
‑
5mm长方形的表面压实成为薄层，制成纯净化合物样品；
[0007](2)使用拉曼光谱测量仪器对制得的每种纯净化合物样品依次进行拉曼光谱测量，得到每种纯净化合物的拉曼光谱；
[0008](3)观察每种纯净化合物样品的拉曼光谱，若这些纯净化合物样品拉曼光谱上无明显差别，则寻找所有纯净化合物样品的拉曼光谱中具有的共同和/或者相近峰值高且峰形尖锐的特征峰作为所有纯净化合物的拉曼光谱特征峰，记录纯净化合物拉曼光谱特征峰的波数k；
[0009](4)分别对步骤(2)中得到的每种纯净化合物样品的拉曼光谱进行平滑以及去除
背景噪声处理，得到处理后每种纯净化合物的拉曼光谱S
i
＝I(k)，其中S
i
表示处理后第i个纯净化合物样品的拉曼光谱，k为拉曼位移波数，I(k)为波数k的拉曼光谱强度；
[0010](5)在光学显微镜下对待测化合物样品进行观察，选择成像清晰的一个或多个分散颗粒作为对象进行明场成像，选择明场成像图像中包含颗粒整体或局部的一个正方形或矩形区域作为感兴趣区域；
[0011](6)对步骤(5)中每个感兴趣区域进行共焦扫描，得到一个拉曼光谱数据集，其中待测化合物样品上一个点的拉曼光谱S(x,y)＝I(x,y,k)，其中x和y为这个点在感兴趣区域中的平面坐标，k为拉曼位移波数，I(k)为波数k的拉曼光谱强度；拉曼光谱数据集为在扫描区域内，由于k不同而形成的一帧一帧“图像”的集合，如图1所示；
[0012](7)对步骤(6)中得到的拉曼光谱数据集中每点拉曼光谱进行去除宇宙噪声和消除背景噪声处理，得到处理后的拉曼光谱数据集；
[0013](8)对于采用步骤(7)中得到的处理后的拉曼数据集中每个点的拉曼光谱进行拟合分析，采用每个点上对应的可能的化合物组分参数分析值c进行拟合，利用公式进行拟合公式中S(x,y)表示为一个处理后的拉曼数据集中的一个点的拉曼光谱，c
i
表示为一种可能的化合物在拟合结果中的组分参数分析值，代表第i个可能的化合物的含量，S
i
代表第i个可能的化合物的光谱强度，R(x,y)表示拟合结果中的残余光谱，越小代表着拟合越准确；
[0014](9)在步骤(7)处理后的拉曼光谱数据集中，依步骤(3)记录的波数k，将每点的拉曼光谱在波数k处的光谱强度I作为平面图像该点的灰度值，生成一个拉曼图像；
[0015](10)根据步骤(9)中得到的拉曼图像中，感兴趣的区域形成低灰度值区域和高灰度值区域，对于这些低灰度值区域和高灰度值区域，分别统计步骤(8)中得到的每个点上可能的化合物组分参数分析值c；
[0016](11)作箱状图分析步骤(10)中统计的所有可能化合物组分参数分析值c，根据箱状图展现的组分参数分析值c的分布，进一步能够判断步骤(5)的待测化合物中的感兴趣区域是否为已知化合物中的一种或几种、是否为杂质。
[0017]优选本专利技术步骤(5)待测化合物样品为含有PVP或/和PVPP的一种或几种的化合物。步骤(1)纯净化合物分别为PVP、PVPP。
[0018]在本专利技术的具体实施中，使用从德国公司巴斯夫购买的聚乙烯醇吡咯烷酮(PVP)K25粉末样品，批号61861347G0，以及从德国公司巴斯夫购买的交联聚乙烯醇吡咯烷酮(PVPP)粉末作为样品，批号92441577L0，进行PVP和PVPP拉曼光谱测量。
[0019]在本专利技术的具体实施中，使用WITec Project FIVE软件显示拉曼光谱、明场图像和拉曼图像，对拉曼光谱数据集进行处理，在拉曼光谱数据集中提取光谱，以及对拉曼光谱数据集中光谱进行拟合分析。
[0020]在本专利技术步骤(1)中，分别取PVP和PVPP样品各2
‑
5mg置于载玻片上，轻微摇晃使样品粉末颗粒尽量分散，盖上盖玻片后轻微碾压盖玻片，使样品粉末颗粒进一步分散。
[0021]在本专利技术步骤(2)中，对PVP和PVPP样品进行拉曼光谱测量方式为：在PVP或PVPP样品中，选择成像清晰并且具有明显边界的一个颗粒作为成像对象，在对包含颗粒局部的区域进行共焦扫描得到一个拉曼光谱数据集，对拉曼光谱数据集进行的经过去除宇宙噪声以及背景噪声处理。在处理后的拉曼光谱数据集中，在波数k＝934.2cm
‑1的拉曼图像中寻找
I
max
(x,y,934.2cm
‑1)最大的点，将该点的光谱作为样品的拉曼光谱。
[0022]在本专利技术步骤(3)中，PVP和PVPP样品无明显区别特征，记录的拉曼光谱特征峰的波数k＝934.2cm
‑1。
[0023]在本专利技术步骤(4)中，使用对WITec Project FIVE软件中光谱平滑以及去除背景噪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有相似结构的复杂化合物的分析方法，其特征在于，是基于高空间分辨率的光学显微成像技术与拉曼光谱技术结合的一种的复杂化合物分析方法，实现化学结构相似且拉曼光谱上无明显区别特征的不同化合物或聚合物的区分，具体包括以下步骤：(1)取待测化合物中可能的几种相似且光谱上无明显区别特征的纯净化合物粉末各1
‑
5mg，每种粉末分别放置在不同载玻片上，裸露直径3
‑
5mm，或者3
‑
5mm矩形，或者3
‑
5mm长方形的表面压实成为薄层，制成纯净化合物样品；(2)使用拉曼光谱测量仪器对制得的每种纯净化合物样品依次进行拉曼光谱测量，得到每种纯净化合物的拉曼光谱；(3)观察每种纯净化合物样品的拉曼光谱，若这些纯净化合物样品拉曼光谱上无明显差别，则寻找所有纯净化合物样品的拉曼光谱中具有的共同和/或者相近峰值高且峰形尖锐的特征峰作为所有纯净化合物的拉曼光谱特征峰，记录纯净化合物拉曼光谱特征峰的波数k；(4)分别对步骤(2)中得到的每种纯净化合物样品的拉曼光谱进行平滑以及去除背景噪声处理，得到处理后每种纯净化合物的拉曼光谱S
i
＝I(k)，其中S
i
表示处理后第i个纯净化合物样品的拉曼光谱，k为拉曼位移波数，I(k)为波数k的拉曼光谱强度；(5)在光学显微镜下对待测化合物样品进行观察，选择成像清晰的一个或多个分散颗粒作为对象进行明场成像，选择明场成像图像中包含颗粒整体或局部的一个正方形或矩形区域作为感兴趣区域；(6)对步骤(5)中每个感兴趣区域进行共焦扫描，得到一个拉曼光谱数据集，其中待测化合物样品上一个点的拉曼光谱S(x,y)＝I(x,y,k)，其中x和y为这个点在感兴趣区域中的平面坐标，k为拉曼位移波数，I(k)为波数k的拉曼光谱强度；拉曼光谱数据集为在扫描区域内，由于k不同而形成的一帧一帧“图像”的集合，如图1所示；(7)对步骤(6)中得到的拉曼光谱数据集中每点拉曼光谱进行去除宇宙噪声和消除背景噪声处理，得到处理后的拉曼光谱数据集；(8)对于采用步骤(7)中得到的处理后的拉曼数据集中每个点的拉曼光谱进行拟合分析，采用每个点上对应的可能的化合物组分参数分析值c进行拟合，利用公式进行拟合公式中S(x,y)表示为一个处理后的拉曼数据集中的一个点的拉曼光谱，c
i
表示为一种可能的化合物在拟合结果中的组分参数分析值，代表第i个可能的化合物的含量，S
i
代表第i个可能的化合物的光谱强度，R(x,y)表示拟合结果中的残余光谱，越小代表着拟合越准确；(9)在步骤(7)处理后的拉曼光谱数据集中，依步骤(3)记录的波数k，将每点的拉曼光谱在波数k处的光谱强度I作为平面图像该点的灰度值，生成一个拉曼图像；(10)根据步骤(9)中得到的拉曼图像中，感兴趣的区域形成低灰度值区域和高灰度值区域，对于这些低灰度值区域和高灰度值区域，分别统计步骤(8)中得到的每个点上可能的化合物组分参数分析值c；(11)作箱状图分析步骤(10)中统计的所有可能化合物组分参数分析值c，根据箱状图展现组分参数分析值c的分布。2.按照权利要求1所述的一种具有相似结构的复杂化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯继宏，朱书缘，鲁贞贞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：