柠檬酸中红外光谱研究

于宏伟，王晓萱，张雨萱，刘逸波，刘昊雨，栗亚钊

(石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035)

柠檬酸(CAS 77-92-9)是一种重要的三元有机酸，具有溶解性好、酸味纯正、螯合力强、毒性小等优点，广泛应用于食品工业领域。中红外(MIR)光谱包括一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱和去卷积MIR光谱，广泛应用于有机物分子结构研究。本文将开展柠檬酸MIR 光谱研究。

1 实验

1.1 材料

一水柠檬酸：潍坊英轩实业有限公司。

1.2 仪器

Spectrum100红外光谱仪：美国 PE 公司；Golden Gate ATR-FTMIR变温附件：英国Specac公司。

1.3 方法

以空气为背景，每次实验对柠檬酸进行8次扫描累加，测定频率为4000 cm-1～ 600 cm-1。柠檬酸一维MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5操作软件，柠檬酸二阶和四阶导数MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5操作软件(Number of point = 13)，柠檬酸去卷积MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5 操作软件(Gamma = 2.0，Length= 10)。

2 分析与讨论

2.1 柠檬酸一维MIR光谱研究

柠檬酸一维MIR光谱见图1。其中：1753.45、1721.23、1683.18 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子C=O伸缩振动模式(νC=O-柠檬酸-一维)；1418.61、1233.82 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸OH面内弯曲振动(βOH-柠檬酸-一维)和 C-O 伸缩振动(νC-O-柠檬酸-一维)的耦合；936.99 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子OH面外弯曲振动模式(γOH-柠檬酸-一维)。柠檬酸官能团对应的光谱信息见表1。

2.2 柠檬酸二阶导数MIR光谱研究

柠檬酸二阶导数MIR光谱见图2。其中：1753.46、1721.74、1685.00 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子C=O伸缩振动模式(νC=O-柠檬酸-二阶导数)；1640.76 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子中结晶水的红外吸收模式(νH2O-柠檬酸-二阶导数)；1432.27 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子CH2弯曲振动模式(δCH2-柠檬酸-二阶导数)；1418.10、1234.74 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸OH面内弯曲振动(βOH-柠檬酸-二阶导数)和C-O伸缩振动(νC-O-柠檬酸-二阶导数)的耦合；937.28 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子OH面外弯曲振动模式(γOH-柠檬酸-二阶导数)。柠檬酸官能团对应的光谱信息见表2。

2.3 柠檬酸四阶导数MIR光谱研究

柠檬酸四阶导数MIR光谱见图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频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子C=O伸缩振动模式(νC=O-柠檬酸-四阶导数)；1429.32 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子CH2弯曲振动模式(δCH2-柠檬酸-四阶导数)；1417.68、1234.79 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸OH面内弯曲振动(βOH-柠檬酸-四阶导数)和C-O伸缩振动(νC-O-柠檬酸-四阶导数)的耦合；935.72 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子OH面外弯曲振动模式(γOH-柠檬酸-四阶导数)。柠檬酸官能团对应的光谱信息见表3。

图1 柠檬酸一维MIR光谱(293 K)

表1 柠檬酸一维MIR光谱数据(293 K)

图2 柠檬酸二阶导数MIR光谱(293 K)

表2 柠檬酸二阶导数MIR光谱数据(293 K)

2.4 柠檬酸去卷积MIR光谱研究

柠檬酸去卷积MIR光谱见图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频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子C=O伸缩振动模式(νC=O-柠檬酸-去卷积)；1641.50 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子中结晶水的红外吸收模式(νH2O-柠檬酸-去卷积)；1431.62 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子CH2弯曲振动模式(δCH2-柠檬酸-去卷积)；1418.86、1235.08 cm-1频率处的吸收峰归属于聚合柠檬酸OH面内弯曲振动(βOH-柠檬酸-去卷积)和C-O伸缩振动(νC-O-柠檬酸-去卷积)的耦合；935.84 cm-1频率处的吸收峰归属于柠檬酸分子OH面外弯曲振动模式(γOH-柠檬酸-去卷积)。柠檬酸官能团对应的光谱信息见表4。

图3 柠檬酸四阶导数MIR光谱(293 K)

表3 柠檬酸四阶导数MIR光谱数据(293 K)

图4 柠檬酸去卷积MIR光谱(293 K)

在以上四种MIR光谱中，柠檬酸的一维MIR光谱是原始数据，柠檬酸的二阶导数MIR光谱的分辨能力有了一定程度的提高，而柠檬酸的四阶导数MIR光谱和去卷积MIR光谱可能由于过度计算的原因，谱图异常复杂，给官能团结构归属研究带来一定的困难。

3 结论

采用中红外(MIR)光谱技术对柠檬酸的结构开展研究，拓展了MIR光谱技术在结构研究中的应用范围，具有重要的应用价值。

表4 柠檬酸去卷积MIR光谱数据(293 K)