Способ анализа оптически активных веществ Советский патент 1992 года по МПК G01N21/65 

Изобретение относится к исследованию материалов оптическими методами и может быть использовано для контроля наличия рацемической примеси в хиральных системах, например в аминокислотах и сахарах.

Известно, что выделение хирально чистых антиподов из рацемических смесей проводится при асимметрическом синтезе и осуществляется с помощью хирально чистых веществ биологического происхождения. Действуя на рацемическую смесь (D, L) соединением , получаем (D,) ,. Соединения DL и LL. уже не являются зеркальными антиподами, их физико-химические свойства различаются, разделить эти соединения можно, например, кристаллизацией.

Такой способ разделения двух типов хиральных систем предполагает разрушение исходной кристаллической структуру исследуемого вещества и оказывается осуществимым лишь при достаточной эффективности соответствующей химической реакции.

Известен также способ исследования и идентификации кристаллических фаз на основе рентгено-структурного анализа поликристаллических порошков - фазовый анализ, основанный на том, что порошковая рентгенограмма данной фазы характеризуется своим набором dhkl и Ihid, а рентгенограмма гетерогенного образца представляет собой наложение рентгенограмм отдельных фаз. Для фазового анализа необходимо иметь эталонные данные, по которым и проводится качественный анализ. Количественный рентгеновский фазовый анализ основан на зависимости интенсивности дифракционного отражения от содержания Xj соответствующей фазы и производится только по дифрактометрическим данным.

Недостатком этого метода является то, что он дает вывод лишь о структурной группе и не позволяет произвести отождествление с конкретным веществом. Кроме того, осуществление этого метода затруднительно для гетерогенных систем, когда образец состоит из нескольких структурных компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналитиче(Л

С

vi

Јь

с о

00

ский метод, основанный на явлении вращения плоскости поляризации света, позволяющий провести разделение левых и правых состояний оптически активных веществ. Согласно этому методу параллельный пучок монохроматического света, поляризованный при помощи какого-либо поляризатора, направляется на исследуемый образец. Проходя через образец света попадает на анализатор, посредством которого оценивается, на какой угол повернулась плоскость поляризации при прохождении света через вещество. Угол поворота плоскости поляризации прямо пропорционален толщине слоя d вещества и концентрации С активного вещества в слое

р ,

где коэффициент ее - постоянная вращения.

Постоянная вращения характеризует природу вещества и зависит от длины волны, температуры, а также может меняться при изменении растворителя довольно сложным образом.

Присутствие рацемической примеси приводит к уменьшению угла поворота плоскости поляризации.

Однако известный способ предполагает исследование вещества, как правило, в аморфном состоянии (расплавленные или растворенные), т.е. является разрушающим методом контроля. Кроме того, он не дает возможности провести анализ пространственного распределения примеси по образцу.

Цель изобретения - осуществление неразрушающего контроля хиральной чистоты аминокислот и получение информации о пространственном распределении примеси по образцу.

Поставленная цель достигается тем, что анализируются спектры комбинационного рассеяния контролируемого вещества в области решеточных колебательных мод и по соотношению интенсивностей линий комбинационного рассеяния хирально чистых систем и рацематов судят о наличии и процентном составе рацемической примеси в хиральных системах.

Физической основой предлагаемого способа является различие в колебательных спектрах хирально чистых и рацемических кристаллических структур. Известно, что кристаллы, образуемые только L- или только D-изомерами, имеют идентичные спектры комбинационного рассеяния как в области внешних колебаний, так и во внутримолекулярной области спектра. Переход же к кристаллическому состоянию, содержащему молекулы обоих типов хирально- сти, приводит к существенной перестройке кристаллической решетки и к радикальному изменению спектров комбинационного рассеяния в области внешних колебаний вследствие изменения характера упаковки молекул и соответствующих силовых коэффициентов взаимодействия между молекулами кристалла.

0Анализируя спектры комбинационного

рассеяния кристаллического порошка в области решеточных колебательных мод, а затем проводя его сравнение с реперным спектром хирально чистого вещества, мож5 но проводить качественную и количественную оценку хиральной чистоты исследуемого объекта. При этом не происходит разрушение исследуемой системы. Кроме того, можно получить информацию о про0 странственном распределении примеси по образцу.

На фиг. 1 изображено устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ; на фиг.2 и 3 - экспериментальные

5 спектры комбинационного рассеяния в гетерогенных смесях поликристаллического триптофана с различным процентным содержанием рацемата; на фиг.4 - градуиро- вочная кривая, позволяющая произвести

0 оценку концентрации рацемической примеси по соотношению интенсивностей линий комбинационного рассеяния, характерных для хирально чистой компоненты и компоненты рацемата.

5 Устройство для реализации способа (фиг.1) содержит источник монохроматического излучения - лазер 1, конденсор 2, кювету 3 с изучаемым веществом, оптическую систему для регистрации спектров комбина0 ционного рассеяния, содержащую осветительную систему 4, двойной монохроматор 5, фотоумножитель ФЭУ с системой усиления постоянного тока УПТ и самопишущим потенциометром КСП-4.

5Предлагаемый способ осуществляется

следующим образом.

На изучаемый образец 3 с помощью конденсора 2 направляется излучение источника монохроматического излучения 0 лазера 1, Частота лазерного излучения подбирается таким образом, чтобы излучение не попадало в полосу сильного поглощения образца 3. Интенсивность 0 лазера подбирается таким образом, чтобы воз5 буждаемые спектры комбинационного рассеяния были достаточно интенсивны и могли быть зарегистрированы приемной аппаратурой. В тоже время, интенсивность 10 не должна достигать величин, при которых происходит разрушение образца. Такой

режим работы осуществляется, например, для ионных криптоновых лазеров (в частности ILK-120), гелий-неоновых лазеров типа ЛГН-104 и др.

Для поликристаллических порошковых кювет используется вариант осветительной системы на просвет, когда направления возбуждения и наблюдения совпадают. Рассеянным образцом свет направляется на входную щель монохроматора и разлагается в спектр, который фокусируется в плоскости выходной щели монохроматора. Приемником света служит фотоэлектронный умножитель ФЭУ, В схеме регистрации используется усилитель постоянного тока и самопишущий потенциометр.

П р и м е р. В качестве источника возбуждающего излучения использовали криптоновый лазер ILK-120 с длиной волны ,1 нм. Средняя мощность излучения лазера составляла 0,2 Вт. Регистрацию спектров комбинационного рассеяния осуществляли с помощью двойного монохроматора ДФС-24 по стандартной методике. При этом использовали схему на просвет и вещество помещали между двумя плоскопараллельными кварцевыми пластинами: толщина исследуемого слоя 0,5-1,5 мм, спектральная ширина щели спектрометра 1-2 .

Результаты исследования кристаллического L-триптофана, содержащего примесь рацемата DL-триптофана.

На фиг.2 приведены спектры комбинационного рассеяния решеточных колебаний гетерогенных смесей с различной процентной концентрацией рацемической примеси.

Как видно из фиг.З, наблюдается существенное изменение спектра по мере увеличения процентного содержания рацемической примеси. Низкочастотная компонента см , характерная для хирально чистого состояния, с увеличением концентрации рацемической примеси уменьшается по интенсивности. Одновременно с эгим наблюдается рост компоненты , характерной для кристаллической рацемической фазы.

Измерение относительных интенсивностей этих двух линий при различных концентрациях компонентов позволяет построить концентрационную зависимость относительной интенсивности этих двух линий

(фиг.4), Такая зависимость дает возможность проводить концентрационный анализ смесей такого рода при произвольных концентрациях компонентов. Чувствительность метода не хуже Ч %.

Предложенный способ обладает по сравнению с прототипом следующими преимуществами: пригоден при минимальном количестве исследуемого вещества (в условиях, близких к резонансным, метод позволяет анализировать количество вещества до ); является неразрушающим методом контроля; позволяет определить пространственное распределение примеси; обладает чувствительностью не хуже прототипа.

Формула изобретения Способ анализа оптически активных веществ включающий облучение оптическим

излучением анализируемого образца и эталона, регистрацию их спектральных характеристик, по которым проводится анализ, отличающийся тем, что, с целью осуществления неразрушающего контроля

и получения пространственного распределения примеси по образцу при анализе рацемической составляющей в хиральных системах, производят регистрацию спектров комбинационного рассеяния света в области решеточных колебательных мод образца и по соотношению интенсивностей линий в спектрах хирально чистых систем и рацематов судят о наличии и концентрации рацемической составляющей в гетерогенной фазе хиральных кристаллов.

JK.

о,

Сущность заключается в том, что анализируются спектры комбинационного рассеяния контролируемого вещества в области решеточных колебательных мод и по соотношению интенсивностей линий комбинационного рассеяния хирально чистых систем и рацематов судят о наличии и процентном составе рацемической примеси в хиральных системах. 4 ил.

I

i-3

Ю Ol

ТГ о

(-1

01

Ј

о о

о

S

g

о

нч О О

01

о

v--

s

К

t

Oi

р

,J k:

J9/-Tpn

0,1/.: 0,9Ж

С,2/: С,бЖ

0,4Z: 0,6J9Z 0,6/: 0,4Й/.

V, см 1 I5°I0°

Фиг. 3

50

0

.

$5 см

-/

Т

J-iZcM-

- 450

±100

Фиг. 4