续前:二维相关红外分析的基本原理
多谢大家参加讨论,今天论述一下二维相关红外分析的基本原理:不同的有机官能团在红外光谱中有各自特征的吸收峰,特别在低波数(通常为1300~900波数)有高度特征的指纹区。通过红外光谱的解析,就可以判定未知样品存在哪些官能团,并为最终确定化合物的结构奠定了基础。因此,红外吸收(发射)光谱是表征物质化学组成,研究其在分子层次上的结构及分子间相互作用的有力手段。鉴于常规红外光谱分析的原理及其导数技术已经为大多数人熟知,下面我将主要介绍二维相关红外光谱的原理。
在传统的光谱分析方法中,光谱图通常都是二维平面图形。其中,横坐标代表一个物理参量,如波长、波数等,纵坐标代表相对应的体系性质,如发光强度、吸光度、透光率等。但在实际研究的体系中,影响体系光谱学性质的变量通常不只一个。当多个因素同时作用于体系,或是若干个因素之间互有相关时,平面的二维光谱分析方法就无法反映出这些影响因素彼此之间的联系。为了解决上述的问题,引入三维光谱分析的概念。三维光谱图形具有两个独立的自变量轴,分别代表影响体系光谱学性质的因素,一个因变量轴,代表体系的某种光谱学性质,由此构成三维立体图形。从三维立体图中,可以清晰地看出体系地光谱学性质分别随着两个变量变化地情况和两个变量之间的相关性。
三维光谱大体上可以分为两大类,即相关光谱和非相关光谱。它们的本质区别在于是否将数学中的交叉—相关分析方法运用到光谱数据的处理中。在三维非相关光谱中,自变量通常是两个不同的变量(如时间分辨光谱中的时间和频率,三维荧光光谱中的激发波长和发射波长等)。这种三维光谱可以看成是一种“堆积谱”,图谱上的因变量维(强度)代表在相应的两个条件下,体系的某种光谱学性质的强度,具有实实在在的物理意义。而三维相关光谱则不然,它的核心思想在于对体系的动态光谱数据进行交叉-相关分析,从而得到一系列非常有用的二维相关谱图。谱图的两个变量通常是一个物理量,彼此之间是相关的。谱图上的第三维-因变量维可以当作是一种广义上的光谱强度。国际上通常将三维相关谱图统称为二维相关谱。这是因为在实际应用中,三维相关谱图中的相关峰的峰位置显得尤为重要,而峰强度一般只是用来表征相关峰的相关性的强弱。这种二维相关谱有两种表示方法。一种是将相关强度和两个频率变量都包括在内的三维立体谱图,称为渔网图,另一种是按不同相关强度切割出来的,只包括两个频率变量的等高线图。
红外光谱应用于中药指纹图谱的特点如下:
第一,指纹性,红外光谱的指纹性早已成为共识。纯化合物的分子振动光谱反映了分子内部存在的各种基团具有指纹特性的振动。对于一个混合物体系,其分子振动光谱的峰形、峰位、峰强代表着体系中所含各种相应基团的谱峰的叠加。混合物组成的变化,将直接导致分子振动光谱整体谱图的变化,但仍能保持其谱图的宏观指纹性。利用这种宏观指纹性,就可以直接地或者稍作数学处理后,用于中药鉴定与质量控制。
第二,对被测试样的状态无特殊要求,气态、液态与固态皆可。因此在大多数情况下,对试样的测定可以做到不失原本性,无损性。
第三,简便、快捷,对试样只作物理粉碎压片等简单处理,无需经过繁琐的分离提取过程就可以直接测试。
第四,仪器较为通用,测定操作简便,易于推广应用。
第五,对中药进行全组分测定,获取的是全貌整体信息。因此不破坏配伍性。
第六,可以利用公认的,药效稳定的药材、成药直接进行标准化,不必专门寻求单个的,纯的标准物。