红外吸收光谱的最新应用

摘要：简要介绍了红外吸收光谱法的情况，并介绍了傅里叶变换红外吸收光谱

仪。重点分别从定性、定量、未知物结构测定等方面分别介绍了红外吸收光谱法的最近应用，并举出在医学、化学等等方面的最新应用实例。

1,红外吸收光谱

红外吸收光谱又称分子振动-转动光谱，是利用物质的分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动引起分子偶极矩的变化，产生分子的振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，所产生的吸收光谱。它分为尽红外光，中红外光，远红外光。其中，中红外光是应用最为广泛的红外光谱区。

1 红外光谱图

特征吸收频率可应用于鉴定官能团；特征峰的强度可应用于定量分析。

2,傅里叶变换红外吸收光谱仪

傅里叶变换红外吸收光谱仪是一种新型红外光谱仪，它有测定速度快，灵敏度和信噪比高、分辨率高、测定的光谱范围宽等优点。在红外研究领域，FTIR方法几乎完全取代了光栅分光法。目前的研究中大量运用了傅里叶变换红外吸收光谱仪，并且还会继续发展。

3，应用

红外光谱法是根据样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定物质分子结构的方法。红外光谱仪价格较为低廉,测试成本较低，广泛用于各种定性定量分析以及未知物结构的确定。该法具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。目前，红外光谱已被广泛地应用在生物、物理、材料、医药、地质、农业等多种学科领域，尤其在中药材的快速鉴别、中成药的定性定量分析方面。

（1）它能广泛用于有机化合物的定性鉴定和鉴别

样品的红外光谱图比对纯物质的红外光谱图各吸收峰的位置与形状完全相同，

峰的相对强度也相同，可认为样品就是该种物质。红外吸收光谱是鉴定有机化合物最成熟的方法,它具有鲜明的特征性,因每一种官能团和化合物都具有特异的吸收光谱,其特征吸收谱带的数目、频率、谱带形状和强度都随化合物及其聚集状态的不同而异。因此根据化合物的吸收光谱找出该化合物,就像辨认人的指纹一样。同时,该方法还具有分析时间短、操作简便、不破坏试样等优点。

利用傅里叶红外变换光谱中的衰减全反射技术可以无损测定喷墨打印文件常用的惠普、佳能、爱普生三大品牌特定油墨及其相应替代油墨. 如不同品牌油墨的识别：从图1能够看出,不同品牌的油墨特征吸收峰各不相同,1号和2号样品,即惠普品牌的油墨在1800—1500cm-1有明显的吸收峰,说明油墨中含有羰基峰,而3、4、5、6号油墨在1200—900cm-1有较强烈的吸收,其中3号和4号样品,即佳能Canon品牌油墨在1174cm-1有吸收峰,5号和6号样品,即爱普生品牌油墨在1130cm-1附近有明显吸收峰,因此从红外谱图中可以看出,3种不同品牌的油墨特征吸收峰不同,能够进行种类识别。

结果表明它克服了对油墨检验的有损检验、操作繁琐等缺陷,可以作为对伪造的各种喷墨打印文件进行检验鉴定的一种行之有效的检验手段。

他还可以分析不同种类聚酰胺红外吸收光谱的区别,包括尼龙6和尼龙66,尼龙11和尼龙12,尼龙610等等红外光谱图特征区别峰。除了一般红外分析的优点外，分析聚酰胺红外吸收光谱过程中不使用强酸、强碱等腐朽性试剂,有利于检验人员身体健康和保护环境,值得参考应用。

傅里叶红外吸收光谱还能够反映出不同油脂的分子结构信息,可从本质上对油脂进行表述。红外光谱结合光谱数据处理,可以显示出3种不同油脂结构微小的差异,如脂肪酸分子中CH3、CH2、CC、CO基团的振动吸收的强度,反映了这些基团数目的不同,这也正是不同油脂之间的差异。借助这种手段,在实际工作中可以识别不同的油脂,也为建立调和油识别方法提供技术支持。因此,研究采用傅里叶变换红外光谱来对品种各异的花生油、大豆油以及棕榈油进行判别分析具有重要意

义。

（2）定量分析

以郎伯-比尔定律为依据，有标准曲线法和内标法。

遵义钛厂海绵钛生产中回收高纯四氯化硅新工艺中有机杂质中，针对光谱图中3700~3500 cm-1之间-OH的吸收带，实现了-OH基团的定量分析。 含氢杂质是高纯四氯化硅分析中所关心的问题。当四氯化硅与空气接触就会与其中的水分反应,其反应方程式如下:SiCl4+H2O=SiOHCl3+HCl反应生成的SiOHCl3中含有-OH,因此在3700~3600 cm-1的红外吸收区域就会有-OH的振动吸收峰。 为了对-OH进行定量分析,选用四氯化硅极性相似的物质CCl4做基体溶剂以及具有对称结的三苯基硅醇作为标准物质,分别配置0.01mg/mL,0.03mg/mL,1mg/mL三苯基硅醇标准系列溶液对-OH进行定量分析。得到如图5所示三苯基硅醇的红外光谱图。

在3700~3500cm-1之间选择3665cm-1处的特征吸收峰为羟基定量振动峰。

以浓度(mol/L)为横坐标,吸光度A为纵坐标作直线.

浓度与吸光度值所得线性关系为Y=539.84X+0.5342,斜率k=539.84,相关系数为0.9963。

根据吸光度与浓度的计算公式:A=εbc, 其中,A为吸光度;ε为吸光系数; b为红外池子的长

度,cm; c为样品浓度,mol/L。

由于k=εb,本次试验液体池长度b=5 cm,代入求得:ε=108L·mol-1·cm-1与文献中报道的范围ε=93~160相吻合.

运用该方法,若样品中-OH的吸光度A=1.0,通过计算即可得到样品中羟基的含量,从而实现了羟基的定量分析。

3.1 医学方面

中药材及其制剂的质量控制是制约中药应用与发展的重要问题,寻求全面且简便快速的质量控制方法是目前颇受关注的研究方向。红外光谱法能够全面地反映药材的整体特征,符合中医注重整体效应的施治理论,且其操作简便易行,仪器通用,易于推广,因而越来越多地应用到中药材及其制剂的质量控制研究中。

3.1.1双黄连粉针剂的红外光谱

双黄连粉针剂是一种中药注射剂。双黄连粉针剂的红外光谱对其进行指标成分(黄芩苷、绿原酸)分析,可以得到很好的定性与定量结果,为其质量控制提供了一种简便快速有效的方法。

在双黄连粉针剂的红外光谱上可以指认各类成分的吸收谱带,并能够直接看到某些指标成分的特征峰,为定性质量分析提供了依据。建立了基于中红外光谱的黄芩苷与绿原酸含量校正模型。如黄芩苷的黄酮骨架振动以及绿原酸的不饱和羧酸酯的特征峰。通过建立定量校正模型的方法,可以从样品的红外光谱直接得到主要成分的含量,与传统的HPLC方法所得结果十分接近,为其质量控制提供了一种简便快速有效的方法。使用傅里叶变换红外光谱仪结合衰减全反射附件技术对双黄连粉针剂进行测定时,样品无需使用有机溶剂进行分离提取,操作简单,容易掌握,且红外仪器价格相对便宜,利于推广普及。因此,使用红外光谱法对中药材及其制剂进行定性定量分析,继而实现快速在线质量控制,具有很重要的实践意义。

3.1.2肺癌组织的红外光谱

肺癌的早期诊断有很大的意义。通过对肺部正常和癌变组织的红外光谱研究可以看出,肺部正常组织与癌变组织的谱图表现出很大的差异性,体现了在肺癌组织中细胞形态和组织结构发生的变化, 这些差异反映了在肺癌组织中核酸相对含量的增加;细胞脂质中亚甲基链结构发生改变,脂质中亚甲基链变得更无序;蛋白质分子C-OH键的氢键化程度发生改变;N-H键氢键化的形式和程度不同。傅里叶变换红外光谱法已经应用于对多种肿瘤的研究,但有关肺癌的红外光谱研究尚处于起步阶段。红外光谱技术有望成为快速诊断肺癌一种新方法。

3.2地质方面

常规的土壤鉴定基于诊断层,需要分析测定较多土壤参数,耗时长且无法用于大量样品或实时分析,红外光谱为土壤鉴定提供了新的方法。红外光谱已较广泛地应用于土壤矿物分析,其中透射光谱制片较麻烦且土壤的吸收系数大,其应用受到限制;红外反射光谱可以用于土壤的定性与定量分析,但光谱受土壤颗粒形态的影响,因而测定误差较大;近年来红外光声光谱被应用于土壤分析,不同的土壤具有明显不同的中红外光声光谱,并且可以用于土壤性质的定量预测。中红外光声光谱的基本原理是基于光声的转换,测定勿需样品前处理,对样品无破坏,样品的颗粒大小及其形态对测定无显著影响,而且测定快速(每样品约1 min)。因此,中红外光声光谱测定方法的特点以及其更为丰富的矿物吸收特征使得中红外光声光谱在土壤鉴定中具有更大的应用潜力。

3.3农业方面

包膜肥料是目前肥料研究领域中的热点。可以分别研究聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚碳酸酯(PC)为主要材料配制的膜材在对尿素包膜前后红外吸收光谱的变化,目的是为利用纯膜材深入研究包膜肥养分控释机理提供理论依据。结果是分别以PLA和PC为主要材料制成的膜材代替包膜尿素的包膜层来深入研究膜材对尿素的控释机理是可行的。但对以PBS为主要材料制作的膜材来说是不可行的,因为其对尿素包膜前后特征基团的红外吸收强度变化较大,反映出膜材对尿素包膜前后的结构变化较大。

采用傅里叶变换红外光谱法还可以对普洱生、熟茶、普洱茶不同发酵程度翻堆样进行了比较分析，可为普洱茶品质鉴定技术研究提供理论依据; 还可以对生物油中具体的化学组分进行分析，可得出木屑生物油是一种复杂的混合物，几乎包括了所有化学类别的有机物，需要进行分级处理后才能进一步利用等等。还可以与其他方法联合使用，进一步解决问题。

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