(讲课)波谱分析在食品添加剂分析中的应用.

目录物化性质合成方法波谱介绍1.UV-Vis2.IR3.1HNMR谱图分析1.UV-Vis2.IR3.1NHMR2物质简介•姜黄素：是从姜科、天南星科中的一些植物的根茎中提取的一种化学成分，其中，姜黄约含3%～6%，是植物界很稀少的具有二酮的色素，为二酮类化合物。姜黄素为橙黄色结晶粉末，味稍苦。不溶于水。在食品生产中主要用于肠类制品、罐头、酱卤制品等产品的着色。医学研究表明，姜黄素具有降血脂、抗肿瘤、抗炎、利胆、抗氧化等作用。32020/1/15物理化学性质•名称：姜黄素•分子式：C21H20O6•分子量：368.37•外观:橙黄色结晶性粉末•熔点：183°•溶解性：不溶于水及乙醚，溶于乙醇及冰醋酸42020/1/15•乙酸异戊酯:中文名：醋酸异戊酯，香蕉油，香蕉水。英文名称：isoamylacetate；bananaoil。分子式：C7H14O2；CH3COO(CH2)2CH(CH3)2。分子量：130.19。国标编号：33596。CAS：123-92-2。FEMA：2055。主要用途:用作溶剂，及用于调味、制革、人造丝、胶片和纺织品等加工工业。可用于香皂、合成洗涤剂等日化香精配方中，但主要用于食用香精配方中，可调配香蕉、苹果、草莓等多种果香型香精。物质简介物理化学性质•外观：无色透明液体。•香气：较强的新鲜果香，稍甜，有类似熟香蕉、•生梨和苹果样的气味。•折光率20℃：1.4000---1.4040。•蒸汽压：0.7kPa/25℃。•闪点：25℃。•熔点：-78℃。•沸点：143℃。•溶解性：不溶于水和甘油，可混溶于乙醇、乙醚、苯、乙酸乙酯、二硫化碳等多数有机溶剂•密度：相对密度(水=1)0.68-0.878；相对密度(空气=1)4.5•稳定性：在弱酸性介质中尚稳定，在碱性介质中不稳定，不易变色。•危险标记：7(易燃液体)。62020/1/15•酯类化合物的合成条件和方法，因羧酸和醇的结构而异。多数酯化反应都需要催化剂，常用的催化剂是无机强酸、有机磺酸或强酸性阳离子交换树脂，亦可用其它固态或液态的酸性催化剂。由于酯化反应为可逆反应，当原料与产物的沸点适当时，可简便地用恒沸蒸馏法除去反应生成的水，使平衡右移以提高收率。本实验以浓硫酸为催化剂，用恒沸蒸馏法和回流分水装置除水。合成方法2020/1/15•1、UV吸收带数目较少，宽而平坦；含相同发色团化合物吸收曲线基本相同，不易单独决定一个化合物，主要解决共轭体系，可用经验规律计算推导结构•2、UV由于ε大（104）微量组分分析灵敏01两团04两移动03九效应02四带含非键或键电子，能吸收外来辐射引发n-*和-*跃迁的结构单元称为生色团（如：-C=C-、-C=N、-C=O等）生色团助色团含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。1两团－F－CH3－Cl－Br－OH－OCH3－NH2－NHCH3－N(CH3)2－NHC6H5－O-112020/1/151.E带在封闭共轭体系中（如芳环），因*跃迁产生的较强或讲的吸收谱带，E带又分为E1（lg4,吸收峰出现在184nm）和E2带（lg约为103,吸收峰出现在204nm）。2.B带不饱和烃类的*吸收在光谱学上称为B带。3.R带n→*跃迁（含不饱和杂原子，R带）4.K带分子中两个或两个以上双键共轭，*跃迁能量降低，吸收波长红移，不饱和烃类的共轭烯烃分子的吸收在光谱学上称为K带。2四带12•红移效应•蓝移效应•增色效应•减色效应•共轭效应•超共轭效应•助色溶剂效应•空间位阻效应3九效应132020/1/154两移动蓝移（blueshift）是指吸收峰向高频（波数）方向移动红移（redshift）是指吸收峰向低频（波数）方向移动142020/1/151，有机化合物UV定性：•（1）200-800nm无吸收：脂肪烃，脂环烃，或其衍生物（卤代物、醇、醚、羧酸等）或是非共轭的烯烃。•（2）200-250nm强吸收（ε≧104）K带，共轭的不饱和键（共轭二烯烃，α，β-不饱和醛酮）•（3）250-350nm中强吸收：（ε=200-1000）（103-104）常显示不同程度精细结构B带（非极性溶剂），为连有极性取代基的苯环。•（4）270-350nm低强度吸收（ε=10-100）R带，为羰基或NO2：240-300nm，n→π*跃迁•（5）＞300nm高强度吸收（ε＞104）显示较大的共轭体系。若高强度吸收有明显精细结构则为稠环芳烃、稠杂环芳烃或其衍生物。如化合物有颜色则有数个发色团共轭酚类化合物碱性介质：红移苯胺类化合物酸性介质：蓝移•（6）用UV经验公式计算λmax与实验值比较，确定结构•（7）根据未知物的UV，寻找一个与其相似的化合物作模型化合物，从模型化合物可提供未知化合物的分子骨架信息各轨道能级高低顺序：n*****n**n*非键轨道成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道(nm)*n*2020/1/15==n电子跃迁1010020030040050060070080012345σσ*ππ*nπ*nπ*σ*n远紫外光近紫外光可见光电荷迁移配位场lg/nm电子跃迁所处的波长范围及强度182020/1/15可看出在422nm附近有强吸收C=O为发色团，-OR为助色团，有p-π共轭发生，红移。强度也有增加212020/1/15•1、只有振-转跃迁,能量低•2、应用范围广•3、分子结构更为精细的表征•4、可以进行定量分析•5、样品不限形式,用量少,不破坏样品•6、分析速度快•7、可联用222020/1/1501两区05两振动04两移动03十一效应02四峰1两区把波数在4000~1333cm[2.5~7.5um]区间称为特征频率区，简称特征区。特征区指纹区把波数在1330~667cm[7.5~15um]区间称为指纹区。242020/1/152四峰1.基频峰由基态跃迁到第一激发态，为本征跃迁，跃迁概率最大，吸收峰的强度最强，称为基频峰=0→=1，一般特征峰都是基频吸收。2.倍频峰=0→=2或=3，…，所产生的弱吸收峰。振动的非谐性，则能级间隔非等距，故倍频不是基频波数的整数倍，而是略小些。3.合频峰两个(或更多)不同频率(如ν1+ν2，2ν1+ν2)基频峰之和或之差，这是由于吸收光子同时激发两种频率的振动。（差频峰：ν2-ν1，处于一个激发态的分子在吸收足够的外加辐射而跃迁到另一激发态。）4.泛频峰倍频峰和合频峰统称。形成泛频峰的跃迁概率较小，故与基频峰相比，泛频峰通常为弱峰，常常不能检出。还应注意特征区的特征峰以及相关峰252020/1/153十一效应•质量效应•电子效应：诱导效应（+I、-I效应）、中介效应、共轭效应•空间效应：空间障碍/位阻作用、环张力•氢键•振动的偶合（费米共振）•外在因素：多为机械因素或分子间作用（偶极作用、氢键作用、静电力作用）引起的溶剂化等因素262020/1/154两移动蓝移（blueshift）是指吸收峰向高频（波数）方向移动红移（redshift）是指吸收峰向低频（波数）方向移动272020/1/15弯曲振动的K均较小故弯曲振动吸收在低波数区。如C-H伸缩振动吸收位于~3000cm-1而弯曲振动吸收位于~1340-1。和282020/1/15由红外振动吸收波数公式：可知，吸收频率或波数只与化学键力常数K，和折合质量μ有关。•折合质量μ•规律：•1、与碳原子相连的其他原子，随着其原子质量的递增，折合质量增加。•2、与氢原子相连的化学键的折合质量都小。•化学键力常数K•力常数是衡量价键性质的一个重要参数，它与化学键的键能是成正比的。即：键能越大，K越大。292020/1/152020/1/1530CCCO化学键类型频率/cm－1(化合物类型)化学键类型频率/cm－1(化合物类型)伸缩振动－O－H3600~3200（醇、酚）3600~2500（羧酸）1680~1620(烯烃)－N－H3500~3300（胺、亚胺，伯胺为双峰）3350~3180（伯酰胺，双峰）3320~3060（仲酰胺）1750~1710（醛、酮）1725~1700（羧酸）1850~1800,1790~1740(酸酐)1815~1770（酰卤）1750~1730（酯）1700~1680（酰胺）spC－H3320~3310（炔烃）sp2C－H3100~3000（烯、芳烃）C=N1690~1640（亚胺、肟）sp3C－H2950~2850（烷烃）－NO21550~1535,1370~1345（硝基化合物）sp2C－O1250~1200(酚、酸、烯醚)sp3C－O1250~1150(叔醇、仲醚)1125~1100（仲醇、伯醚）1080~1030（伯醇）－C≡C－2200~2100（不对称炔）－C≡N2280~2240（腈）弯曲振动C－H面内弯曲振动1470~1430,1380~1360(CH3)1485~1445（CH2）Ar－H面外弯曲振动770~730,710~680(五个相邻氢)770~730（四个相邻氢）810~760（三个相邻氢）840~800（两个相邻氢）900~860（隔离氢）＝C－H面外弯曲振动995~985,915~905(单取代烯)980~960（反式二取代烯）690（顺式二取代烯）895~885(同碳二取代烯)840~790（三取代烯）≡C－H面外弯曲振动660~630（末端炔烃）有机化合物基团的特征频率312020/1/15谱图解析322020/1/152962CM-1和2867CM-1为饱和C-H的对称和反对称伸缩振动（甲基：2960CM-1）1237CM-1和1039CM-1C-O-C反对称和对称伸缩振动（1275CM-1~1010CM-1）1744cm-1为C=O双键伸缩振动1466CM-1饱和C-H的弯曲伸缩振动1389CM-1和1368CN-1为偕二甲基伸缩振动IRUV起源分子振动能级伴随转动能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用所有红外吸收的有机化合物具n-π*跃迁有机化合物具π-π*跃迁有机化合物特征性特征性强简单、特征性不强用途鉴定化合物类别鉴定官能团推测结构定量推测有机化合物共轭骨架352020/1/15•2、化学位移：•由于氢原子在分子中的化学环境不同，因而在不同磁场强度下产生吸收峰，峰与峰之间的差距称为化学位移。•1、核磁共振：•当辐射所提供的能量恰好等于质子两种取向的能量差时，质子就吸收电磁辐射的能量，从低能级跃迁至高能级。这种现象称为核磁共振。362020/1/15化学位移屏蔽效应高场低频低场高频有效磁场强度Beff：Beff=B0-B0=(1-)B0:屏蔽系数372020/1/15化学位移的根源：屏蔽效应屏蔽效应：磁场中所有自旋核产生的感应磁场，方向与外加磁场相反或相同，使原子核实受磁场降低或升高。核屏蔽原子的屏蔽（近程屏蔽）分子的屏蔽（远程屏蔽）顺磁屏蔽：以p电子为主（13C，19F，31P分子内屏蔽分子间屏蔽抗磁屏蔽：以s电子为主（1H）..............)1诱导效应2共轭效应3磁各向异性效应4氢键效应5范德华效应6顺磁效应1溶剂化效应2介质磁化率效应3氢键效应4顺磁效应影响化学位移的因素A、诱导效应电负性越大，去屏蔽效应增加，δ增大。π－π共轭----低场----高频B、共轭效应p－π共轭----高场----低频392020/1/15•使质子电子云密度降低，屏蔽效应↓，δ↑•使质子电子云密度增大，屏蔽效应↑，δ↓电子云密度的影响•C、磁各向异性的影响苯环和双键所在平面----去屏蔽区----吸收峰低场移----δ增大苯环和双键上下侧----屏蔽区----吸收峰高场移----δ减小三键反之•D、范德华效应氢核和邻近原子距离小于范德华半径之和，氢核的外电子，去屏蔽，δ增大•E、其他因素的影响：Ⅰ.氢键效应使电子云密度均化，去屏蔽，δ增大（分子内氢键化学