[发明专利]一种蔗糖水解反应过程动力学研究方法

说明书

本发明公开了一种蔗糖水解反应过程动力学研究方法，该方法采用拉曼光谱结合角度转换法快速跟踪蔗糖水解过程中组分含量，在此基础上进行蔗糖水解过程动力学研究，该研究方法包括：通过采集蔗糖、果糖、葡萄糖不同浓度配比下的混合溶液拉曼光谱，对光谱进行求二阶导、平滑降噪后，利用角度转换算法，建立蔗糖水解过程体系中蔗糖含量分析模型；反应速率常数计算；反应活化能Ea的计算。本发明对样品无需进行前处理，可实现蔗糖水解过程中组分含量的在线追踪及反应动力学研究。

技术领域

本发明属于反应动力学研究领域，涉及一种蔗糖水解反应过程动力学研究方法。

背景技术

传统的多组分含量定性定量分析，大多都是在离线下测量一些物理量来实现组分浓度的测定。例如蔗糖的水解，是一个典型的化学动力学实验，也是高校采用的物化实验。目前国内外多采用旋光法测定蔗糖水解，使用旋光仪测定其反应过程，但旋光度法只适用于具有旋光性的溶液，在时间间隔下测量会丢失数据点，且容易产生较大的视差。此外糖含量分析也可采用色谱法，包括液相色谱法和气相色谱法，这两种方法灵敏度高，可用于定性及定量分析，但需对糖进行衍生化处理。这些传统方法应用相对广泛，但操作繁琐，误差较大，测量不连续，难以实现多组分含量的在线快速分析。

基于此，提供一种高效快捷的多组分定量分析和可用于蔗糖水解过程动力学研究的方法就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明基于子空间角度转换的化学计量学方法，通过求取体系拉曼光谱响应与待测组分的纯光谱的角度值，建立角度方差值与建模样本组分含量值的关系模型，可实现对组分含量的实时跟踪。本发明通过采集蔗糖、果糖、葡萄糖不同浓度配比下的混合溶液拉曼光谱，对光谱进行求二阶导、平滑降噪后，利用角度转换算法，建立了蔗糖含量和光谱夹角值方差的相关模型，标准曲线相关系数r可达0.9970，模型相对误差在-3.39％～7.33％，模型预测效果良好。利用所建立的模型监测不同条件下的蔗糖水解过程，结果表明采用拉曼光谱结合角度转换法可快速跟踪蔗糖水解过程中组分含量。利用该方法采集的数据计算蔗糖水解反应速率常数K和反应活化能Ea。

一种蔗糖水解反应过程动力学研究方法，采用拉曼光谱结合角度转换法快速跟踪蔗糖水解过程中组分含量，在此基础上进行蔗糖水解过程动力学研究，该研究方法按下列步骤进行：

1)通过采集蔗糖、果糖、葡萄糖不同浓度配比下的混合溶液拉曼光谱，对光谱进行求二阶导、平滑降噪后，利用角度转换算法，建立蔗糖水解过程体系中蔗糖含量分析模型；

2)通过拉曼光谱结合角度转换法可快速跟踪蔗糖水解过程中组分含量，利用所建立的模型监测不同条件下的蔗糖水解过程，进行反应速率常数计算；

3)反应活化能Ea的计算。

进一步的，步骤1)的具体步骤为：

a.建模样本配制，根据蔗糖水解反应中的计量数关系，以物质的量变化值为1:1:1的配比，蔗糖浓度由1mol/L到0mol/L，果糖、葡萄糖浓度分别由0mol/L到1mol/L，每隔0.05mol/L配制21份不同浓度梯度的蔗糖、果糖、葡萄糖混合溶液C_x1-C_x21；

b.样本光谱采集，选择积分时间8s-12s、中心波长532nm或785nm，分别采集样本C_x1-C_x21和蔗糖标准品B的拉曼光谱数据xi和b；