乙二醇氢键作用二维红外光谱研究

二维相关红外光谱及其应用解读二维相关红外光谱及其应用1 引言二维相关光谱是一种实验设计与数据处理相结合的分析技术。

对于每一种样品体系，需要根据研究目的，设计合适的实验方案，通过对样品施加特定的微扰(包括机械拉伸力、温度、压力、浓度、磁场、光照等)，诱导光谱信号产生动态变化，对一系列的动态谱图进行相关分析计算，便得到二维相关谱图(图1)。

二维相关谱图反映的是样本中各种组成成份或者微观结构单元相应于外界微扰的变化情况，以及这些变化之间相互的联系。

目前应用最广泛的是以温度为变量的二维相关红外光谱技术。

2 二维相关光谱的特性二维相关光谱可用三维立体图或二维等高线图进行可视化显示，便于直观地对二维信息进行解析。

在二维相关光谱的等高线图中，z坐标轴值用x-y平面中的等高线表示。

同步相关光谱代表两个动态红外信号之间的协同程度，它是关于主对角线对称的。

相关峰在对角线和非对角线区域均会出现。

在对角线上有一组峰，它是动态红外信号自身相关而得到的，所以称为自动峰。

自动峰总是正峰，它的强度代表外扰引起的变化程度。

强的自动峰对应于动态谱中强度变化较大的区域，而保持不变的区域则显示出非常小或没有自动峰，这与微观环境对官能团运动的影响是密切相关的。

在二维相关图中(见图1)，以圆圈的个数代表Φ(ν1,ν2)的绝对值。

在坐标(A,A)，(B,B)，(C,C)和(D,D)处的自动峰分别具有2，1，4和2个圆圈，表明(C,C)处的自动峰最强，而(B,B)处的自动峰最弱。

二维同步相关光谱中位于主对角线以外的峰叫做交叉峰，它显示扰动发生过程中ν1和ν2处的强度变化的相关变化。

为了便于观察自动峰和交叉峰的强度的相关变化，可以构造一个相关正方形，把对角线上的自动峰和两侧的交叉峰连贯起来。

所以A和C，B和D是同步相关的(图1a)。

交叉峰的符号既可为正也可为负。

如果发生在ν1和ν2处的强度变化是同一方向的，那么Φ(ν1,ν2)为正；反之，如果发生在ν1和ν2处的强度变化是沿着相反方向的，那么Φ(ν1,ν2)为负。

乙二醇的分子间氢键结构动力学的飞秒非线性红外光谱杨帆;于鹏云;赵娟;赵岩;王建平【摘要】In this work, we examined the structural and―OH stretching vibrational dynamics of ethylene glycol (EG) solvated in acetonitrile (MeCN), acetone (AC), tetrahydrofuran (THF), and dimethylsulfoxide (DMSO) using steady-state linear infrared (IR) spectroscopy and ultrafast pump-probe IR spectroscopy. The results suggested that the frequency position, bandwidth, and vibrational relaxation of the―OH stretching vibration that participate in the formation of intermolecular hydrogen bonds (IHBs) were strongly influenced by the type of solvent. At least two types of IHBs were detected in the EG solution including clustered solute-solute IHBs and solute-solvent IHBs. Quantum chemical calculations predicted a similar solve nt dependence of the―OH stretching vibrational frequency to that observed in the IR experiments. Furthermore, we found that the IHB-involved―OH stretching mode in the case of solute-solvent clusters displayed the slowest population relaxation dynamics in the case of EG in MeCN. The relaxation became slightly faster in AC and even faster in THF. The fastest dynamics was observed in the case of EG in DMSO. However, in each solvent environment examined, the IHB-involved―OH stretching mode in the solute-solute cluster displayed the fastest population relaxation. The results obtained in this study provide further insights into different IHB structural dynamics in co-existing solute-solute and solute-solvent clusters.%利用稳态线性红外光谱和飞秒泵浦-探测红外光谱技术，研究了在乙腈(MeCN)、丙酮(AC)、四氢呋喃(THF)和二甲基亚砜(DMSO)溶剂中乙二醇(EG)的结构和羟基(―OH)伸缩振动动力学。

红外光谱仪基本概念光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成，结构或者相对含量的方法。

按照分析原理，光谱技术主要分为吸收光谱，发射光谱和散射光谱三种；按照被测位置的形态来分类，光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。

红外光谱属于分子光谱，有红外发射和红外吸收光谱两种，常用的一般为红外吸收光谱。

2. 红外吸收光谱的基本原理是什么？分子运动有平动，转动，振动和电子运动四种，其中后三种为量子运动。

分子从较低的能级E1，吸收一个能量为hv的光子，可以跃迁到较高的能级E2,整个运动过程满足能量守恒定律E2-E1=hv。

能级之间相差越小，分子所吸收的光的频率越低，波长越长。

红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的, 组成化学键或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。

所以，用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。

分子的转动能级差比较小，所吸收的光频率低，波长很长，所以分子的纯转动能谱出现在远红外区（25~300 μm）。

振动能级差比转动能级差要大很多，分子振动能级跃迁所吸收的光频率要高一些，分子的纯振动能谱一般出现在中红外区（2.5~25μm）。

（注：分子的电子能级跃迁所吸收的光在可见以及紫外区，属于紫外可见吸收光谱的范畴）值得注意的是，只有当振动时，分子的偶极矩发生变化时，该振动才具有红外活性（注：如果振动时，分子的极化率发生变化，则该振动具有拉曼活性）。

3. 分子的主要振动类型在中红外区，分子中的基团主要有两种振动模式，伸缩振动和弯曲振动。

伸缩振动指基团中的原子沿着价键方向来回运动（有对称和反对称两种），而弯曲振动指垂直于价键方向的运动（摇摆，扭曲，剪式等），如上图所示。

几种二醇与非质子溶剂相互作用的红外光谱研究近年来，随着科学技术的不断发展，越来越多的化学物质被发现并广泛应用于各个领域。

其中，二醇是一类重要的有机化合物，广泛应用于医药、化工、食品等领域。

二醇的性质和应用与其与非质子溶剂之间的相互作用密切相关。

因此，研究二醇与非质子溶剂的相互作用具有重要的理论和实际意义。

本文以几种二醇与非质子溶剂相互作用的红外光谱研究为主题，对其进行探讨。

一、二醇的基本性质二醇是一类含有两个羟基（-OH）的有机化合物，通式为ROH，其中R为烷基或芳基。

常见的二醇有乙二醇、丙二醇、丁二醇等。

二醇具有许多特殊的化学性质，如亲水性、溶解性、挥发性等。

这些性质与其分子结构中的羟基密切相关。

二、非质子溶剂的基本性质非质子溶剂是指其中所含的溶剂分子中不含质子（H+）的溶剂。

常见的非质子溶剂有甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、二甲基亚砜等。

非质子溶剂的物理性质如极性、氢键能力、酸碱性等都与其分子结构密切相关。

三、二醇与非质子溶剂的相互作用二醇与非质子溶剂之间的相互作用主要表现为氢键作用。

二醇分子中的羟基与非质子溶剂分子中的氧、氮、硫等原子形成氢键，从而影响了二醇的分子结构和性质。

例如，二醇在非质子溶剂中的溶解度、熔点、沸点等均与其氢键作用有关。

四、红外光谱研究红外光谱是研究物质分子结构和性质的重要手段之一。

红外光谱通过测量物质吸收红外光的强度和波数，可以得到物质分子中各种化学键的振动频率和强度，从而确定物质的分子结构和化学性质。

在二醇与非质子溶剂相互作用的研究中，红外光谱可以用于探究二醇分子中羟基的氢键作用。

二醇分子中的羟基与非质子溶剂分子中的氧、氮、硫等原子形成氢键，从而导致二醇分子中羟基的振动频率发生变化。

通过测量二醇在不同溶剂中的红外光谱，可以研究二醇与非质子溶剂之间的氢键作用及其对二醇分子结构和性质的影响。

五、几种二醇与非质子溶剂相互作用的红外光谱研究1. 乙二醇与甲醇的相互作用乙二醇是一种常用的二醇，广泛应用于化工、医药、食品等领域。

乙二醇氢键作用二维红外光谱研究于宏伟;李研;田野;戚德丰;门文欣;李敏;刘闪;闫丽娜【摘要】开展了乙二醇羟基伸缩振动模式(vOH)二维红外光谱的研究,探索了温度变化对于乙二醇氢键作用的影响.实验结果表明,随着测定温度的升高,游离乙二醇并不稳定,这是由于氢键作用进一步生成缔合态的乙二醇.本项研究拓展了二维红外光谱技术在氢键作用方面的研究范围.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2017(018)002【总页数】4页(P50-53)【关键词】乙二醇;红外光谱;二维红外光谱;氢键;伸缩振动【作者】于宏伟;李研;田野;戚德丰;门文欣;李敏;刘闪;闫丽娜【作者单位】石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035【正文语种】中文氢键的生成，主要是因为偶极子与偶极之间的静电吸引作用。

当氢原子与电负性很强的原子(如O，N，F)结合时，因极化效应，其键间的电荷分布不均，氢原子变成近乎氢正离子状态。

此时再与另一电负性很强的原子(如O，N，F)相遇时，即发生静电吸引。

因此结合可视为以 H 离子为桥梁而形成的，故称为氢键[1]。

事实上，氢键既存在于液体中，也存在于气体、晶体、溶液等各种状态中，且支配着化合物的各种性质。

红外光谱法是研究化合物氢键作用的常见方法，但是传统的红外光谱法(包括一维光谱、二阶导数光谱、四阶导数光谱和去卷积光谱)分辨率不高，不能得到更多的光谱信息，而二维红外光谱法的分辨率优于传统的红外光谱法，具有重要的理论研究价值。

笔者以乙二醇为研究对象，通过乙二醇的红外光谱及二维红外光谱，来进一步探索研究温度变化对于乙二醇氢键作用的影响。

聚对苯二甲酸乙二醇酯变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱研究1. 研究背景和意义介绍对苯二甲酸乙二醇酯的研究背景和意义，解释为什么对苯二甲酸乙二醇酯是一个值得探索的化合物。

2. 实验设计详细阐述聚对苯二甲酸乙二醇酯变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱的实验步骤和方法，包括实验材料和仪器、样品制备和测试流程等。

3. 实验结果及分析将实验获取的数据进行分析，比较样品在不同温度下与不同波长下的红外光谱特征，探究聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构和性质在变温条件下的变化。

4. 讨论根据实验结果，对聚对苯二甲酸乙二醇酯的变化机理和性质进行解释和讨论，分析其对材料学和化学领域的影响和应用前景。

5. 结论总结本次实验的结果和发现，阐述组合傅里叶变换与衰减全反射红外光谱技术的应用优势和研究意义，为后续有关聚对苯二甲酸乙二醇酯的研究提供重要参考。

第一章节：研究背景和意义聚对苯二甲酸乙二醇酯是一类重要的高分子聚合物，具有优异的力学和物理化学性质，广泛应用于制备高强度纤维、高效膜材料和生物材料等领域。

然而，聚对苯二甲酸乙二醇酯作为一种结构复杂的高分子聚合物，在温度、压力、化学环境等条件影响下具有独特的性质变化。

因此，研究其结构与性质的变化机理和规律，对于深入理解高分子聚合物的化学性质、物理化学性质以及应用领域有重要的参考价值。

进一步研究聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构和性质变化，需要一个高效、精准的实验方法。

在这方面，傅里叶变换红外光谱技术是一种广泛应用于高分子材料研究领域的分析方法。

通过傅里叶变换红外光谱技术，可以快速、准确地获取聚合物在不同条件下的红外光谱数据，了解不同环境因素对其内部结构的影响，探究其性质的变化规律。

聚对苯二甲酸乙二醇酯的红外吸收谱具有丰富的信息，可以反映其化学结构、功能性基团与官能团在空间结构中的相对位置及其密切组合的程度等，因而在化学和材料领域普遍应用。

例如，通过变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术对聚酰亚胺薄膜进行测量，可以探究其高温下的结构与性质变化规律。