红外应用

2.7红外光谱技术进展及应用2.7.1红外光谱技术进展•1.红外显微镜（IRmicroscope）•使用高光通量的光谱，聚焦在样品的微小面积上。•利用可见光将样品表面微区的可见显微图像通过装在显微镜上的摄像机传递到显示屏上。2.漫反射傅里叶变换红外光谱•光照射到松散的固体表面，一部分发射镜面反射，另一部分光在样品表面发射漫反射，即在样品微粒间反射并衰减火灾样品内部再折回散射，入射光经漫反射和散射后与样品发生能量交换，光发生吸收衰减，即得到漫反射信号。漫反射傅里叶变换红外光谱优点•不需要制样，•不要求样品有太高透明度和表面光洁度•不破坏、污染样品20世纪80年代初将显微镜技术应用到傅立叶变换红外光谱仪，诞生了全反射傅立叶变换红外光谱仪（ATR/FTIR），ATR/FTIR使微区成分的测试和分析变得简单而快捷，检测灵敏度达数纳克（ng）测量显微区直径达数十微米。3.全反射傅立叶变换红外光谱仪（ATR/FTIR）•显微ATR红外光谱图像系统是由FTIR红外光谱仪、显微镜及射像系统、显微ATR、计算机及图像软件组成。•将显微ATR镜头直接插入显微镜物镜上即可做微区样品的表面测量。在计算机控制下载物台在X、Y、Z三个方向自动移动以确定测量区域及聚焦。•首先利用可见光将样品表面微区的可见显微图像通过装在显微镜上的摄像机传递到显示屏上，用户可用鼠标器对着屏幕进行定位、选点，并对样品进行标定，然后将选取的样品点的大小、位置存入计算机。•之后，载物台自动抬高，是显微ATR镜头与样品接触，系统便开始对各点进行红外光谱采集。该系统可进行点、线（不用ATR）、面的红外光谱图存入计算机，经过一定的数据处理使得不同化学官能团及化合物在微区分布的三维立体图或平面图，并以化合物在微区分布的三维立体图或平面图，并以彩色图像显示在屏幕上，当鼠标指向图像某点时，该点的红外光谱就实时的显示出来4.红外联用技术GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）§2.7.2红外光谱应用一、定性分析1、已知物的签定将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。2、决择性鉴定被测物可能是某几个已知化合物，仅需用红外光谱法予以肯定。若无标准图谱,必须先对红外谱图进行官能团定性分析，根据分析结果，推断最可能的化合物。几种标准图谱集进行定性分析时，对于能获得相应纯品的化合物，一般通过图谱对照即可。对于没有已知纯品的化合物,则需要与标准图谱进行对照。最常见的标准图谱有二种：l．萨特勒（Sadtler）标准红外光谱集它是由美国Sadtlerresearchlaborationies编集出版的。“萨特勒”收集的图谱最多，至1974年为止，已收集47000张（棱镜）图谱。另外，它有各种索引，使用甚为方便。2.分子光谱文献“DMS”(documentationofmolecularspectroscopy)穿孔卡片它由英国和西德联合编制。卡片有三种类型：桃红色卡片为有机化合物，淡蓝色卡片为无机化合物，淡黄色卡片为文摘卡片。卡片正面是化合物的许多重要数据，反面则是红外光谱图。2、计算分子的不饱和度（unsaturationnumber）定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），则可按下式进行不饱和度的计算：21134nnn二、未知物结构分析1、该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等；3、查找基团频率,推测分子可能的基团；4、查找红外指纹区,进一步验证基团的相关峰；5、能过其它定性方法进一步确证：UV-Vis、MS、NMR等。三、定量分析（弱项）•通过对特征吸收谱带强度的测量来求组分含量；理论依据是：朗伯-比尔定律•红外光谱的谱带较多，选择余地大，能方便地对单组分或多组分进行定量分析；能测定气体、液体和固体样品。•通常应选择被测物质的特征吸收带；吸收带与被测物质的浓度有线性关系；有较大的吸收系数•红外光谱定量分析灵敏度较低，不适于微量组分的分析•可用标准曲线法、内标法、求解联立方程等方法进行定量分析四、其他方面应用（1）红外光谱法鉴别食品•例如，对市场上品牌奶粉进行过测试，采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）获得了奶粉产品的红外光谱。•奶粉中脂肪含量高的谱图1747cm-1附近的C＝O吸收峰和2926cm-1附近的CH2吸收峰就很强；•蛋白质高的所对应的酰胺I带的C＝O吸收峰（1650cm-1）和酰胺II带的N－H及C－N吸收峰（1540cm-1）强度较大；•奶粉中碳水化合物所对应的C－O伸缩振动峰和环的振动峰在1150～900cm-1范围内较显著。•（2）玉石鉴定翡翠是一种珍贵的宝石，有玉石之王的美誉。翡翠一词来源于翡翠鸟,这种鸟雄性呈艳红色,称为翡鸟,雌性呈艳绿色,称为翠鸟。翡翠之所以被移用在美玉上，并且专指一种含硅酸铝钠的硬玉，是因为这种硬玉颜色不匀，有时在浅色的底子上伴有红色和绿色的色块，其色彩犹如美丽的翡翠鸟。翡翠光泽明亮，抛光度好，呈明亮、柔和的强玻璃光泽。市面上出售的翡翠分为如下几种类型:1.A货：天然翡翠，对原石料不作任何化学处理，只是进行雕刻和抛光处理。这种翡翠的好处是自然生成，不会随时间而变化，保持了多种对身体有益的元素。2.B货：对天然翡翠进行药水浸泡，增加翡翠的透度，同时用浸入绿色，加入环氧树脂作为固化剂。这种处理过的B货翡翠随着时间推移，绿色会慢慢褪去，同时变得黯淡，一般两三年就会变得面目全非。这种翡翠由于其仿真程度很高，很难识别。红外光谱在宝石学上的应用图天然翡翠与B货翡翠的红外光谱图I天然翡翠IIB货翡翠（3）药物鉴定【性味与归经】甘，凉。归心、肝经。【功能与主治】清心，豁痰，开窍，凉肝，息风，解毒。用于热病神昏，中风痰迷，咽喉肿痛，口舌生疮。例：牛黄•为脊索动物门哺乳纲牛科（Bovidae）动物牛BostaurusdomesticusGmelin干燥的胆结石。习称“天然牛黄”。【成分】•含胆色素72％～76％，其中胆红素（cbilirubin）及其钙盐含量为25％～70％；胆酸类7％～10％，去氧胆酸0.45％，鹅去氧胆酸等及其盐类；胆固醇类1％～5％。其他成分脂肪酸1.0％～2.1％，卵磷脂0.17％～0.2％；粘蛋白，平滑肌收缩物质，两种酸性肽类成分SMC-S2和SMC-F；含多处氨基酸和钾、钠、钙、镁、铁、锌、铜、锰等金属元素，另有报道牛磺酸浓度为牛黄中其它氨基酸的10～100倍。•红外线吸收光谱取粉末少许，夹于溴化钾片之间，测定红外光谱。不同来源的正品牛黄的图谱基本相似，在745—755，980—990，1240～1250，1565—1570，1620～1630cm-1和1655—1665cm-1处均有明显的吸收峰。人工牛黄、伪品牛黄的图谱与天然牛黄有明显差别。