红外光谱在生活中应用

红外光谱在生活中应用

一、红外光谱原理：

电磁光谱的红外部分根据其同可见光谱的关系，可分为近红外光、中红外光和远红外光。远红外光（大约400-10 cm-1）同微波毗邻，能量低，可以用于旋转光谱学。中红外光（大约4000-400 cm-1）可以用来研究基础振动和相关的旋转-振动结构。更高能量的近红外光（14000-4000 cm-1）可以激发泛音和谐波振动。

红外光谱法的工作原理是由于振动能级不同，化学键具有不同的频率。共振频率或者振动频率取决于分子等势面的形状、原子质量、和最终的相关振动耦合。为使分子的振动模式在红外活跃，必须存在永久性双极子的改变。具体的，在波恩-奥本海默和谐振子近似中，例如，当对应于电子基态的分子哈密顿量能被分子几何结构的平衡态附近的谐振子近似时，分子电子能量基态的势面决定的固有振荡模，决定了共振频率。然而，共振频率经过一次近似后同键的强度和键两头的原子质量联系起来。这样，振动频率可以和特定的键型联系起来。

测量样品时，一束红外光穿过样品，个个波长上的能量吸收被记录下来。这可以由连续改变使用的单色波长来实现，也可以用傅立叶变换来一次测量所有的波长。这样的话，透射光谱或吸收光谱或被记录下来，显示出被样品红外吸收的波长，从而可以分析出样品中包含的化学键。

二、红外光谱的特点

红外光谱仪之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有利工具，是由其技术特点决定的。红外光谱分析的主要技术特点如下：

（1）分析速度快，测量过程大多可在1min内完成。

（2）分析效率高，通过一次光谱测量和已建立的相应校正模型，可同时对样品的多个组分或性质进行测定提供定性、定量结果。

（3）适用的样品范围广，通过相应的测样器中可以直接测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物态的样品光谱测量方便。

（4）样品一般不需要预处理，不需要使用化学试剂或高温、高压、大电流等测试条件，分析后不会产生化学、生物或电磁污染。

（5）分析成本较低（无需繁杂预处理，可多组分同时检测）。

（6）测试重现性好。

（7）对样品无损伤，可以在活体分析和医药临床领域广泛应用。（8）近红外光在普通光纤中具有良好的传输特性，便于实现在线分析。

（9）对操作人员的要求不苛刻，经过简单的培训就可胜任工作。

近红外光谱技术存在的问题是：

（1）测试灵敏度相对较低，被测组分含量一般应大于0.1%。（2）需要用标样进行校正对比，很多情况下仅是一种间接分析技术。

中红外光谱检测蜂蜜掺假

蜂蜜中掺入的物质多种多样，为其统一检测带来了一定难度，常用检测方法有：薄层层析、高效液相色谱层析(HPLC)、毛细管气相色谱层析、离子交换液相色谱层析、核磁共振(13CNMR)等，然而上述方法既费时，有费力，且都有一定使用限制，如毛细管气相色谱层析通过确定蜂蜜中低聚糖的量。只能检测出掺有5％转化糖浆的产品；稳态碳同位素分析(SCIRA)虽然在许多国家应用于检测蜂蜜中的蔗糖或玉米糖已有十多年时间，但它不能测出掺入甜菜转化糖的蜂蜜，而傅立叶转换中红外光谱(FTIR)能快速、无损获取样品的生物化学指纹，从而方便的用于掺假产品的检测S．Sivakesava等[1]以0．5％的递增量至25％，向桔花蜜、三叶草蜜、荞麦蜜中分别掺入不同重量甜菜转化糖，各自所得5O 个样品中，34个用于建立校正模型，剩余16个作为验证集。光谱分析前，将蜜样放于5O℃恒温水浴中以便将蔗糖晶体溶化，然后混匀样品，室温下进行FTIR分析。混合样品用Bio—Rad-FFS 一6OOO衰减全反射傅立叶转换光谱仪进行扫描，选取1500—950cm-1 处的光谱，用PLS回归建立校正模型，模型相关系数R>0．9，用此模型对验证集样品进行验证，三种蜜的预测值和实际值间相关系数分别为0．946，0．964和0．956，预测标准差SEP在2．1—4．4％之间；此外，S．Sivakesava等还用主成分法(PCA)、直线判别(LDA)和经典方差分析(CVA)检测了蜜样中甜菜转化糖水平，以CVA法所得结果预测效果最好，准确率达

94％，分析时间仅需3—4min。