檸檬酸中紅外光譜研究

于宏偉，王曉萱，張雨萱，劉逸波，劉昊雨，栗亞釗

(石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035)

檸檬酸(CAS 77-92-9)是一種重要的三元有機酸，具有溶解性好、酸味純正、螯合力強、毒性小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域。中紅外(MIR)光譜包括一維MIR光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜、四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜和去卷積MIR光譜，廣泛應(yīng)用于有機物分子結(jié)構(gòu)研究。本文將開展檸檬酸MIR 光譜研究。

1 實驗

1.1 材料

一水檸檬酸：濰坊英軒實業(yè)有限公司。

1.2 儀器

Spectrum100紅外光譜儀：美國 PE 公司；Golden Gate ATR-FTMIR變溫附件：英國Specac公司。

1.3 方法

以空氣為背景，每次實驗對檸檬酸進行8次掃描累加，測定頻率為4000 cm-1～ 600 cm-1。檸檬酸一維MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5操作軟件，檸檬酸二階和四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5操作軟件(Number of point = 13)，檸檬酸去卷積MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5 操作軟件(Gamma = 2.0，Length= 10)。

2 分析與討論

2.1 檸檬酸一維MIR光譜研究

檸檬酸一維MIR光譜見圖1。其中：1753.45、1721.23、1683.18 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子C=O伸縮振動模式(νC=O-檸檬酸-一維)；1418.61、1233.82 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸OH面內(nèi)彎曲振動(βOH-檸檬酸-一維)和 C-O 伸縮振動(νC-O-檸檬酸-一維)的耦合；936.99 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子OH面外彎曲振動模式(γOH-檸檬酸-一維)。檸檬酸官能團對應(yīng)的光譜信息見表1。

2.2 檸檬酸二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜研究

檸檬酸二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜見圖2。其中：1753.46、1721.74、1685.00 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子C=O伸縮振動模式(νC=O-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))；1640.76 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子中結(jié)晶水的紅外吸收模式(νH2O-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))；1432.27 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子CH2彎曲振動模式(δCH2-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))；1418.10、1234.74 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸OH面內(nèi)彎曲振動(βOH-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))和C-O伸縮振動(νC-O-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))的耦合；937.28 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子OH面外彎曲振動模式(γOH-檸檬酸-二階導(dǎo)數(shù))。檸檬酸官能團對應(yīng)的光譜信息見表2。

2.3 檸檬酸四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜研究

檸檬酸四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜見圖3。其中：1778.00、1767.21、1760.64、1751.80、1739.39、1720.89、1708.88、1701.07、1694.20、1688.63、1682.59 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子C=O伸縮振動模式(νC=O-檸檬酸-四階導(dǎo)數(shù))；1429.32 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子CH2彎曲振動模式(δCH2-檸檬酸-四階導(dǎo)數(shù))；1417.68、1234.79 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸OH面內(nèi)彎曲振動(βOH-檸檬酸-四階導(dǎo)數(shù))和C-O伸縮振動(νC-O-檸檬酸-四階導(dǎo)數(shù))的耦合；935.72 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子OH面外彎曲振動模式(γOH-檸檬酸-四階導(dǎo)數(shù))。檸檬酸官能團對應(yīng)的光譜信息見表3。

圖1 檸檬酸一維MIR光譜(293 K)

表1 檸檬酸一維MIR光譜數(shù)據(jù)(293 K)

圖2 檸檬酸二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜(293 K)

表2 檸檬酸二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)(293 K)

2.4 檸檬酸去卷積MIR光譜研究

檸檬酸去卷積MIR光譜見圖4。其中：1755.92、1751.95、1745.31、1742.04、1738.81、1737.09、1733.13、1727.96、1722.65、1718.85、1715.07、1711.53、1707.10、1703.03、1699.08、1694.98、1691.84、1687.12、1683.73 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子C=O伸縮振動模式(νC=O-檸檬酸-去卷積)；1641.50 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子中結(jié)晶水的紅外吸收模式(νH2O-檸檬酸-去卷積)；1431.62 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子CH2彎曲振動模式(δCH2-檸檬酸-去卷積)；1418.86、1235.08 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚合檸檬酸OH面內(nèi)彎曲振動(βOH-檸檬酸-去卷積)和C-O伸縮振動(νC-O-檸檬酸-去卷積)的耦合；935.84 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于檸檬酸分子OH面外彎曲振動模式(γOH-檸檬酸-去卷積)。檸檬酸官能團對應(yīng)的光譜信息見表4。

圖3 檸檬酸四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜(293 K)

表3 檸檬酸四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)(293 K)

圖4 檸檬酸去卷積MIR光譜(293 K)

在以上四種MIR光譜中，檸檬酸的一維MIR光譜是原始數(shù)據(jù)，檸檬酸的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜的分辨能力有了一定程度的提高，而檸檬酸的四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜和去卷積MIR光譜可能由于過度計算的原因，譜圖異常復(fù)雜，給官能團結(jié)構(gòu)歸屬研究帶來一定的困難。

3 結(jié)論

采用中紅外(MIR)光譜技術(shù)對檸檬酸的結(jié)構(gòu)開展研究，拓展了MIR光譜技術(shù)在結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用范圍，具有重要的應(yīng)用價值。

表4 檸檬酸去卷積MIR光譜數(shù)據(jù)(293 K)