红外光谱分析法-生物在线
生物分子的红外光谱分析技术
生物分子的红外光谱分析技术生物分子是构成生物体内所有生命活动的分子基础，分析生物分子结构及组成对于生命科学的研究有着重要的意义。
在科学技术的不断发展中，红外光谱分析技术成为一种可靠的手段，其高精度、无需样品处理等特点，使其成为了生物分子分析领域的重要手段。
一、红外光谱分析技术的基本原理红外光谱是指红外辐射在物质中的反射、透射或能量损失时所产生的一种物质结构信息谱。
红外光谱分析技术就是通过红外光谱仪对样品进行测试，利用样品分子的振动与转动信号的敏感性，确定样品分子的结构、化学键以及它们的官能团组成等信息。
二、生物分子的红外光谱分析生物分子包括碳水化合物、脂类、蛋白质、核酸等大分子材料。
它们的分子结构多样，红外光谱分析技术应用于生物分子研究，主要针对以下几个方面：1. 碳水化合物红外光谱分析可测定化合物中的羟基、羰基、吡喃环等基团信息。
研究表明，甘露醇等简单糖类红外光谱的多个明显峰值可用于糖类之间的鉴别，为生物化学实验提供了一种无损检测的手段。
2. 脂类红外光谱可以检测脂（油脂、磷脂）中甲基、亚甲基、胆固醇等官能团的振动信息，对于鉴别不同类型、不同来源的脂类具有较高的可靠性。
3. 蛋白质蛋白质是生物分子中极其重要的一类物质，红外光谱可以帮助研究人员获得有关蛋白质水平的信息，以及有关蛋白质可能的构象和结构改变的信息，如蛋白质的螺旋结构和β折叠结构等。
4. 核酸红外光谱可研究核酸中磷酸根的振动，将各个成分区分开，同时可以检测到不同种类的氮碱基以及其环的振动。
三、红外光谱分析技术在生物学研究中的应用1. 研究蛋白质结构蛋白质的结构是决定其功能和性质的重要因素之一，红外光谱分析可以直接观察和研究具有天然结构和构象改变的蛋白质结构。
2. 鉴别蛋白质、核酸和多肽分子之间分子间相互作用的研究生物分子间具有丰富多样的相互作用。
红外光谱分析可用于研究蛋白质、核酸和多肽分子之间的相互作用，进一步理解蛋白质、核酸和多肽分子之间的交互作用机制。
《红外光谱解析方法》课件
确定分子结构 鉴别化合物
反应机理研究 生物大分子研究
红外光谱能够提供分子中官能团 和化学键的信息，有助于确定分 子的结构。
红外光谱可以用于研究化学反应 机理，通过分析反应前后红外光 谱的变化可以推断出反应过程和 机理。
02
红外光谱解析方法分类
Chapter
基线校正法
基线校正法是一种常用的红外光谱解析方法，主要用 于消除基线漂移和噪声干扰，提高光谱的准确性和可
傅里叶变换法
傅里叶变换法是一种通过傅里 叶变换将时域信号转换为频域 信号，从而解析红外光谱的方
法。
傅里叶变换法能够将复杂的光 谱信号分解为多个简单的正弦 波和余弦波的叠加，便于解析
和识别各种成分的特征峰。
傅里叶变换法需要高精度的光 谱仪和计算机硬件，因此成本 较高。
傅里叶变换法的优点是能够准 确解析各种成分的特征峰，适 用于复杂混合物和生物样品的 分析。
《红外光谱解析方法》ppt课件
目录
• 红外光谱解析方法简介 • 红外光谱解析方法分类 • 红外光谱解析步骤 • 红外光谱解析实例 • 红外光谱解析的未来发展
01
红外光谱解析方法简介
Chapter
红外光谱的基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的 ，不同物质具有不同的能级分布，因此红外光谱具 有特征性。
生物大分子的红外光谱解析在研究其结构和功能方面具有 重要作用。通过分析生物大分子的红外光谱，可以了解其 分子结构和分子间的相互作用，进而研究其在生命过程中 的功能和作用机制。例如，在蛋白质的红外光谱中，可以 观察到蛋白质二级结构的信息，这对于研究蛋白质的结构 和功能具有重要意义。
05
红外光谱解析的未来发展
近红外光谱技术在生物分析中的应用
近红外光谱技术在生物分析中的应用近红外光谱技术是一种非常重要的分析技术，它在生物分析领域有着广泛的应用。
本文将从原理、仪器设备、样品制备和应用案例等方面来探讨近红外光谱技术在生物分析中的应用。
首先，我们来了解一下近红外光谱技术的原理。
近红外光谱技术是基于物质分子振动的原理进行分析的。
在近红外光谱区域，物质的分子会发生振动，这些振动会导致光的吸收和散射的变化。
通过测量样品在近红外光谱区域的吸收和散射光谱，可以得到样品的特征信息，从而实现对样品的分析。
接下来，我们来看一下近红外光谱技术的仪器设备。
近红外光谱仪是进行近红外光谱分析的主要设备。
它由光源、样品室、光谱仪和检测器等组成。
光源可以是白炽灯或者激光器等，用于产生近红外光。
样品室是用来放置样品的地方，样品可以是固体、液体或者气体。
光谱仪用于分离光谱，将不同波长的光分开。
检测器用于测量不同波长的光的强度。
通过将样品放置在样品室中，然后使用光谱仪和检测器对样品进行光谱测量，就可以得到样品的近红外光谱。
在进行近红外光谱分析之前，还需要对样品进行制备。
样品的制备对于近红外光谱分析的结果有着重要的影响。
一般来说，样品的制备包括样品的采集、样品的处理和样品的测量等步骤。
在采集样品时，需要注意样品的来源和采集方法，以保证样品的代表性。
在样品的处理过程中，需要将样品进行干燥、粉碎或者溶解等处理，以便于近红外光谱的测量。
在样品的测量过程中，需要将样品放置在样品室中，并调整好仪器的参数，如光源的强度、光谱仪的分辨率等，以保证测量结果的准确性。
近红外光谱技术在生物分析中有着广泛的应用。
首先，近红外光谱技术可以用于生物样品的成分分析。
生物样品中包含着许多不同的成分，如蛋白质、脂肪、糖类等。
通过对生物样品进行近红外光谱分析，可以得到样品中各个成分的含量信息，从而实现对生物样品的成分分析。
这对于生物医学研究和临床诊断具有重要的意义。
其次，近红外光谱技术还可以用于生物样品的质量控制。
红外光谱分析法-58页文档资料
亚甲基
伸 缩 振 动
变 形 振 动
CO2分子 水分子
多原子分子振动总结
对同一基团，不对称伸缩振动频率稍高于对称 伸缩振动
变形振动的力常数比伸缩振动小，因此同一基 团的变形振动比伸缩振铎小
简正振动数目=振动自由度≠基频吸收峰数 每个振动自由度相应于红外光谱上一个基频吸收峰
分子由n个原子组成， 分子具有3n个自由度
I0：红外光入射强度；I： 红外光的透过强度。
4. 分子的吸收光谱。 分子的电子能级跃迁－－UV-Vis 分子的振动－转动跃迁－－IR
5. 偶极子和偶极矩
偶极子：分子由于构成它的各原子的电负性的不同而 显示不同的极性，称为偶极子。
偶极矩μ：描述分子极性的大小，它也可以用来判断 分子的空间构型。例如，同属于AB2型分子，CO2的 μ=0，可以判断它是直线型的；H2S的μ≠0，可判断它 是折线型的。
2. 波长 & 波数： 波长就是红外光区的波长范围，即0.78 mm ~ 1000 mm (780 nm~1000000 nm);
波数即波长的倒数。 (cm1 ) 10000 ( m)
3. 透过率（T%） & 吸光度（A）
T% I 100
…………………….(1)
I0
AlgI0 lg1lgT..……………….(2) IT
1429
双键 1667
叁键 大
2222
K (力常数)基本相同
公式
C–C
折合质量顺序
峰位置 （cm-1)
小 1430
C–O 大
1330
多原子分子的振动
简正振动 —— 分子质心保持不变，整体不转动，每
个原子都在其平衡位置作简谐振动，其振动频率和相 位相同，振幅不同。
红外光谱图分析
红外光谱图分析简介红外光谱图分析是一种常见的分析方法，广泛应用于化学、生物、材料等领域。
通过测量样品在红外光谱范围内的光吸收，可以获得关于样品中分子结构和化学键的信息。
本文将简要介绍红外光谱图的基本原理、数据处理和常见应用。
基本原理红外光谱图是由红外光谱仪测量得到的，其原理基于分子吸收特性。
在红外光谱范围内，分子会吸收特定波长的红外光，这些波长对应于分子振动和转动。
通常，红外光谱图的横坐标为波数（cm^-1），纵坐标为吸光度或透射率。
数据处理对于红外光谱图的数据处理，通常需要进行以下几个步骤：1.基线校正：红外光谱中可能存在噪声或基线漂移，需要通过基线校正来消除这些干扰。
一种常见的方法是使用多项式函数拟合基线。
import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt# 生成示例数据x = np.linspace(4000, 400, 1000)y = np.random.normal(0, 0.1, size=1000) + np.exp (-0.01 * x)# 多项式拟合coefficients = np.polyfit(x, y, 3)baseline = np.polyval(coefficients, x)# 绘制结果plt.plot(x, y, label='Original Spectrum')plt.plot(x, baseline, label='Baseline')plt.legend()plt.xlabel('Wavenumber (cm$^{-1}$)')plt.ylabel('Absorbance')plt.title('Baseline Correction')plt.show()2.峰提取：在光谱图中，各个峰代表了样品中不同的化学键和功能团。
通过峰提取可以定量分析样品中的各个成分。
红外光谱(IR)分析copy
与红外光谱比较，Raman光谱用于有机化合 物分析有一定优点。
∗因Raman光谱与红外光谱的选择定则不同，
对红外吸收很弱的C≡C、C=C、C-S、S-S等 键的伸缩振动及其它对称振动，都有很强的 Raman散射光。
∗拉曼光谱的另一大优点是不要求样品具有
光透性，可以很容易地得到浑浊样品的拉曼光 谱。 Raman光谱制样简单，很多情况下样品不 需处理，粉、块、薄膜状的固体、液态、溶 液及溶液中的沉淀物均可直接得到散射光谱。 特别是FI-Raman光谱可用作合适的非破 坏现场测试方法，在有机化合物、高分子材 料、医学、文物保护和生物分子研究中的应用 具有其独到之处。
∗特别重要的是：可用水作溶剂。（水是弱的散射
体）因此有利于生物分子、络合物、水污染等问题 的研究。 水分子是一种极性分子，有十分明显的红外吸收 谱带，要得到含水样品的红外吸收光谱却很困难。 相反，水分子的拉曼光谱信号很弱，可以较容易 地得到含水样品的拉曼光谱。因此，拉曼光谱可被 广泛地用于研究含水分的生物体系中，作为一种鉴 别物质结构的分析测试手段。
(问题：键力常数K还表明了红外谱峰位置与什 么因素有密切的关系？)
1-2 多原子分子的振动 在多原子分子中，由于组成原子数目多，以 及分子中原子排布情况不同，故多原子分子的 振动光谱远比双原子分子复杂得多。
1-4 影响峰位变化的因素 虽然基团吸收峰的频率主要由原子的质量和 原子的力常数决定，但基团的特征吸收峰并不 能固定在一个频率位置上，而是在一定范围内 波动。 （为什么？） 分子内部结构和外部环境的改变都可使其频 率发生改变。
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基νC=O频率越高。 环张力 四元环 > 五元环 > 六元环 (2)空间位阻效应：空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制，故使νC=O频率增高。 5. 氢键效应：氢键的形成，通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
生物物理学中的光谱技术分析
生物物理学中的光谱技术分析在生物物理学中，光谱技术是广泛应用的工具之一。
它可以用来分析生物分子的结构、动力学和相互作用等信息，进而为生物体系的研究提供了重要的数据支持。
本文将介绍生物物理学中常用的几种光谱技术，包括红外光谱、荧光光谱、紫外光谱和拉曼光谱等，并探讨其在生物领域中的应用。
一、红外光谱红外光谱是利用物质对红外光的吸收和散射来研究物质结构和成分的技术。
在生物领域中，红外光谱被广泛应用于生物分子的结构分析和催化酶活性的研究等方面。
以蛋白质为例，蛋白质的红外吸收峰可以提供其二级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角等）和氨基酸的结合状态等信息。
此外，红外光谱还可以测量酶催化反应中产生的化学键的变化，从而揭示其催化机理。
二、荧光光谱荧光光谱是利用物质发生荧光现象时发射的荧光信号来研究其结构和功能的技术。
在生物领域中，荧光光谱被广泛应用于蛋白质、核酸、细胞和药物等的结构和相互作用研究。
以蛋白质为例，荧光光谱可以反映蛋白质整体构象的变化，如受体和配体之间的相互作用等。
此外，荧光光谱还可以用于研究蛋白质的折叠状态、稳定性和配体的结合亲和力等。
三、紫外光谱紫外光谱是利用物质对紫外光的吸收和散射来研究物质结构和成分的技术。
在生物领域中，紫外光谱被广泛应用于蛋白质、核酸和细胞等的结构和相互作用研究。
以蛋白质为例，蛋白质的紫外吸收峰可以用来确定其三级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角等）和含量等信息。
此外，紫外光谱还可以用于研究蛋白质的热稳定性、强度和原位折叠等。
四、拉曼光谱拉曼光谱是利用物质散射入射光而发生的拉曼散射效应来研究物质结构和成分的技术。
在生物领域中，拉曼光谱被广泛应用于蛋白质、核酸和细胞等的结构和相互作用研究。
以蛋白质为例，拉曼光谱可以用来分析其二级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角等）和氨基酸的结合状态等信息。
此外，拉曼光谱还可以用于研究蛋白质的折叠状态和分子作用力等。
总结综合来说，光谱技术是生物物理学研究中不可或缺的工具之一。
红外光谱分析法
非线型分子： 个原子有板有 个自由度，但有3个平动和 个绕轴转动无能量变化； 个原子有板有3n个自由度 个平动和3个绕轴转动无能量变化 非线型分子：n个原子有板有 个自由度，但有 个平动和 个绕轴转动无能量变化； 线型分子： 个原子有板有 个自由度，但有3个平动和 个绕轴转动无能量变化。 个原子有板有3n个自由度 个平动和2个绕轴转动无能量变化 线型分子：n个原子有板有 个自由度，但有 个平动和 个绕轴转动无能量变化。
经典力学导出的波数计算式为近似式。 经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量 子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响， 子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子 振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因） 振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因） 有关。 有关。
理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上， 理论上 ， 多原子分子的振动数应与谱峰数相同 ， 但实际上 ， 谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为： 谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为： a）偶极矩的变化∆µ 的振动，不产生红外吸收 如CO2； ）偶极矩的变化∆µ=0的振动 不产生红外吸收, ∆µ 的振动， b）谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）； ）谱线简并（振动形式不同，但其频率相同） c）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。 ）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。 以上介绍了基本振动所产生的谱峰，即基频峰（ 以上介绍了基本振动所产生的谱峰，即基频峰（∆V=±1允许 允许 跃迁）。在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰： 跃迁） 在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰： 倍频峰：由基态向第二、 振动激发态的跃迁（ 倍频峰：由基态向第二、三….振动激发态的跃迁（∆V=±2、± 3.）； 振动激发态的跃迁 ） 合频峰：分子吸收光子后， 的跃迁， 泛频峰 合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为ν1，ν2的跃迁，此时 的谱峰。 产生的跃迁为ν 1+ν2的谱峰。 差频峰： 差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰ν 1-ν2。
红外光谱解析方法(含结构分析实例)
无 CH 3 吸收
否定结构 1 和 3
且无芳环对位取代特征吸收
1680 ~ 1630 cm1 无 C O吸收
否定结构 4
续前
综上所述，峰归属如下 ：
H 3060 ，3040 和3020 cm 1
1 C （芳环） 1600 ， 1584 和 1493 cm C 1 H （单取代） 756 和 702 cm （双峰）
该化合物为结构 2
练习 （书后P276题15）
H 3030
as CH 3
C （芳） 1588 ， 1494 和1471 C2925as CH 3
s CH 1380 3 1442 C N 1303， 1268
1 H 748cm （单）
NH 3430 ， 3300 （双）
CH 2 2938 ， 2918 和 2860
CH 2 1452
续前
解: 此题五个化合物有四个 含有苯环， 其中三个还分别具有 C N ， NH 和C O；
只有化合物2无苯环，但具有 OH
图上可见芳香化合物的 一系列特征吸收 3060 ，3040 和3020 cm 1有吸收 为芳环 H 1600 ， 1584 和 1493cm 1三处吸收 为芳环 C C
示例
CH 3300
NH 3270 H 3030 C C 2100
C （芳环） 1597 ， 1495 ， 1445 C
NH 1533 C N 1323
C O 1638
CH 1268
H 763 ， 694 （双峰）
续前
2 2 9 1 7 7 可能含有苯环 解： U 2 1638 cm1强吸收 为 C O 3270 cm 1有吸收 NH
生物大分子的红外光谱分析技术
生物大分子的红外光谱分析技术生物大分子是生命体中最基本、最重要的一类分子，包括蛋白质、核酸、糖类等。
这些分子在人体内发挥着至关重要的作用，因此对其结构的深入了解对于人类的健康和医学研究具有重要意义。
而红外光谱分析技术能够非常有效地帮助我们研究生物大分子的结构和性质，成为现代医学、生物学研究中不可或缺的技术手段。
红外光谱分析技术基本原理红外光谱是指在红外区域的电磁波，能够被生物大分子所吸收和散射。
这是因为生物大分子中的原子、键之间都存在着特定的振动模式，这种振动与分子内部的化学键有着密切的联系。
当红外光通过样品后，它会与样品产生相互作用，被吸收和散射，这些作用将引起光的强度变化。
通过测量样品与光之间的相互作用，我们就可以了解到样品中的分子结构和化学键情况。
红外光谱分析技术在生物大分子中的应用红外光谱分析技术在生物大分子的研究中有着广泛的应用，例如可以通过红外光谱来分析蛋白质、核酸和糖类的结构及其相互作用。
蛋白质是一类非常复杂的大分子，其结构和功能对于生物体的正常运行起着至关重要的作用。
蛋白质通过特定的氨基酸序列，在空间结构上形成了精确的结构。
通过红外光谱分析，我们可以了解到蛋白质分子中各类基团的振动情况，从而进一步理解其结构和功能。
例如，在红外光谱图中，我们可以观察到酰胺链接振动、亚胺C=O振动、多肽骨架振动以及氨基酸侧链振动等特征峰，这些特征峰的出现形成了蛋白质的典型指纹图谱，有助于我们定性和定量地分析蛋白质的结构和性质。
类似地，核酸的结构也是非常重要的，与DNA的双螺旋结构及其信息传递过程密切相关。
红外光谱法可以通过观察到糖基和碱基的振动情况，来了解核酸基团之间的相互作用、储存与传递信息的方式等信息。
糖类作为最基本的生物分子之一，其在生命体内发挥着重要作用。
例如，多糖分子可以作为生物体内的能量来源、细胞壁的组成成分以及抗体和病毒的结合物等。
通过红外光谱，我们可以观察到糖环、羟基、醛基和磷酸根的振动情况，这些振动为我们提供了糖类分子的结构信息。
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
仪器分析—红外光谱分析法课件
伸缩振动 亚甲基：
(动画)
弯曲振动 亚甲基
07:21:55
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
对称δs(CH3)1380㎝-1
07:21:55
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
3、基频、倍频和组频
既可作定性又可定量，有时 是破坏性分析
07:21:55
三、红外吸收光谱图的表示方法
07:21:55
第十章 红外吸收光谱
分析法
infrared absorption spectroscopy，IR
一、红外光谱产生的条件 二、双原子分子的振动 三、多原子分子的振动 四、基团频率和特征吸收峰
第二节 基本原理 五、吸收谱带的强度
羧酸的C=O
1820～1750 cm-1 ， 氢键，二分子缔合体；
07:21:55
4）. X—Y，X—H 变形振动区 < 1650 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
(4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
07:21:55
2、分子结构与吸收峰
molecular structure and absorption peaks
1）． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强
利用红外光谱技术研究生物分子结构
利用红外光谱技术研究生物分子结构近年来，随着红外光谱技术的不断进步，其在研究生物分子结构方面的应用越来越广泛。
红外光谱技术的主要原理是利用吸收红外光谱的能力来分析样品中的分子结构。
本文将介绍利用红外光谱技术研究生物分子结构的原理、应用和挑战。
一、原理红外光谱技术是利用单色光源照射样品，样品吸收特定波长的光谱后产生光谱吸收现象。
红外光谱可以用来分析样品中哪些化学键被吸收，由此推断样品中的化学成分、分子结构和功能。
在生物分子中，如DNA、蛋白质和多糖等大分子都拥有复杂的结构，这些分子中的化学键可以吸收一定波长范围内的红外光，因此可以用红外光谱技术分析其结构。
二、应用1.分析生物分子的三维结构利用红外光谱技术可以分析生物分子的三维结构。
一些生物分子如蛋白质、糖等在分子内存在复杂的氢键、酰胺键、硫键等键结构，这些键结构吸收的红外光谱频率可以反映出分子的结构。
因此，利用红外光谱分析生物分子可以为生物学、化学、医学领域中的许多问题提供有用的信息，并为药物设计、生物医学工程和生物技术等领域提供了优质的材料检测手段。
2.检测生物分子中的非均相性利用红外光谱技术可以探测生物分子中的不均质性。
在生物分子中，许多重要的过程发生在非均相性环境中。
例如，蛋白质的折叠或肿瘤细胞中的分化程度等。
红外光谱技术可以头显微量样品中非均质性区域的结构信息。
3.检测抗药性的变化利用红外光谱技术可以分析细胞中药物的结构。
当细胞遭受药物的攻击时，细胞结构会发生变化，这些变化可以及时被红外光谱检测到。
因此，红外光谱技术可以作为一种监测药物的抗药性变化的工具。
三、挑战在使用红外光谱技术研究生物分子结构时，也存在着一些挑战，包括以下方面：1.蛋白质质量差异红外光谱技术应用于蛋白质的研究时，样品的质量差异会影响结果的可靠性。
蛋白质样品的含水量、拼合方式等都会影响红外特征谱图的形状，因此需要对不同的样品进行细致的考察。
2.复杂的样品制备生物分子被分离提取后，建立准确的样品制备是一项艰巨的任务。
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1、红外光区的划分：
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约 为 0.75 ~ 1000µm，根据仪器技术和应用不同，习惯上 又将红外光区分为三个区： 近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ） 中红外光区（2.5 ~ 25µ m） 远红外光区 （25 ~ 1000µm ）
2、工作原理：
红外光谱法又称“红外分光光度分析法”，是 分子吸收光谱的一种，他是利用物质对红外光区的 电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及定性和定 量分析的一种方法。被测物质的分子在红外线照射 下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外 光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分 析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被 激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反 映在红外吸收光谱上。
红外光谱分析法
一、概述
二、红外光谱仪 三、红外光谱技术的应用 四、国内外各领域的应用现状 五、专题思考 六、参考文献
一、概述
分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能 级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所 以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振 动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱光谱
2、已知物的鉴定 将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者 与文献上的谱图进行对照。如果两张谱图各吸收峰 的位置和形状完全相同，峰的相对强度一样，就可 以认为样品是该种标准物。如果两张谱图不一样， 或峰位不一致，则说明两者不为同一化合物，或样 品有杂质。如用计算机谱图检索，则采用相似度来 判别。使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结 晶状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与 标准谱图相同。
3、近红外光谱：
近红外光谱（near—infraredspectroscopy，NIRS)介 于可见光谱区与中红外谱区之间，谱区范围为12 820— 3 959 cm (780～2526 nm)主要是由于分子振动的非谐振 性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。该谱区 主要是C—H，N—H，O—H等含氢基团的倍频及合频吸 收，特点是谱带较宽、重叠严重，难以用传统的方法 解析图谱，但该谱区包含的信息量极其丰富，随着计 算机技术的提高，多变量统计分析技术的开发以及仪 器制造技术的发展，解决了该谱区解析的困难。
（一）定性分析：
1 、定性分析方法 ： 1）相关系数法：是最广泛使用的相似性判别方法，它 是己知的平均光谱与样品光谱特征值之间的夹角余弦。 理论上，若两个谱图完全相同，则相关系数为1；但 由于测量误差和噪音的影响，相关系数总是接近于1。 2） 主成分分析法(PCA)：是通过主成分得分构筑的主成 分空间进行样品定性判断。在多维空间中，某一类物 质的主成分得分会聚成一族。 3）马氏距离法(MD)：是通过多波长下的光谱距离定量 描述出测量样本离校正集样本的位置，因而在光谱匹 配异常点检测和模型外推方面都很有用。
制样的方法：
1 .气体样品 气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘 有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽真空，再将 试样注入。 2 . 液体和溶液试样 （1）液体池法 （2）液膜法 3 . 固体试样 （1）压片法 （3）薄膜法 （2）石蜡糊法
三、红外光谱技术的应用
近红外光谱技术是一种现代高新分析测试技术， 主要包括近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模 型3个部分，具有分析速度快、样品处理简单、无需 试剂、无污染、多组分检测等特点。近红外光谱法 在药学领域中的应用范围相当广泛，它不仅适用于 药物的多种不同状态如原料、片剂、胶囊以及液体 等制剂的分析检测，还可用于不同类型的药品，如 蛋白质、中药、抗生素等药物的分析。 近红外光谱分析技术在药物分析中的应图：
Fourier变换红外光谱仪的特点：
（1）扫描速度极快 （2）具有很高的分辨率 （3）灵敏度高 除此之外，还有光谱范围宽（1000~10 cm-1 ）； 测量精度高，重复性可达0.1%；杂散光干扰小；样 品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响；特别适 合于与气相色谱联机或研究化学反应机理等。
目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱 仪和Fourier（傅立叶）变换红外光谱仪。 1、色散型红外光谱仪： 色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光 光度计相似，但对没一个部件的结构、所用的材料 及性能与 紫外- -可见分光光度计不同。它们的排列 顺序也略有不同，红外光谱仪的样品是放在光源和 单色器之间；而紫外- -可见分光光度计是放在单色 器之后。
4、近红外光谱的优点和缺点：
优点： • 分析速度快 • 分析效率高 • 分析成本低 • 易于制样和便于测量 • 测试重现性好 • 可实现在线分析 • 非化学性质的测量 缺点： • 测试灵敏度相对较低
• 是一种间接的分析技 术，分析结果的准确 性与模型建立的质量 和模型的合理使用有 很大的关系。
二、红外光谱仪
3、试样的处理和制备：
要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因 素外，还必须有合适的样品制备方法。 红外光谱法对试样的要求： （1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符 合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多 组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或 色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于 判断。 （2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会 严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。 （3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图 中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。
色散型红外光谱仪原理示意图：
2、Fou rier变换红外光谱仪（FTIR）
Fourier变换 红外光谱仪 没有色散元件，主要由 光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检 测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson 干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计 算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原 成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于 干涉仪和电子计算机两部分。