Giáo trình Phổ Hồng Ngoại

MỤC LỤC I NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI II ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI -3 2.1 Điều kiện hấp thụ xạ hồng ngoại 2.2 Sự quay phân tử phổ quay -5 2.3 Phổ dao động quay phân tử hai nguyên tử 2.4 Phổ dao động quay phân tử nhiều nguyên tử -11 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tần số đặc trưng nhóm 15 2.5.1 Ảnh hưởng cấu trúc phân tử -15 2.5.2 Ảnh hưởng tương tác phân tử -17 2.6 Cường độ hình dạng vân phổ hồng ngoại 17 2.7 Các vân phổ hồng ngoại không -18 III HẤP THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ- 19 3.1 Tần số hấp thu hydrocarbon -19 3.2 Tần số hấp thu Alcohol phenol 24 3.3 Tần số hấp thu ether, epoxide peroxide 26 3.4 Tần số hấp thu hợp chất carbonyl -27 3.5 Tần số hấp thu hợp chất Nitrogen 31 3.6 Tần số hấp thu hợp chất chứa phosphor -33 3.7 Tần số hấp thu hợp chất chứa lưu huỳnh 34 3.8 Tần số hấp thu hợp chất chứa nối đôi liền 34 3.9 Tần số hấp thu hợp chất chứa halogenur 35 IV KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI 36 4.1 Máy quang phổ IR -36 4.2 Cách chuẩn bị mẫu -37 4.3 Ứng dụng 39 4.3.1 Đồng chất 39 4.3.2 Xác định cấu trúc phân tử 39 4.3.3 Nghiên cứu động học phản ứng -39 4.3.4 Nhận biết chất -39 4.3.5 Xác định độ tinh khiết -40 4.3.6 Suy đoán tính đối xứng phân tử -40 4.3.7 Phân tích định lượng 40 V ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM 42 ỨNG DỤNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP FT – IR ĐỂ XÁC ĐỊNH AXÍT BÉO OMEGA-3 TRONG MỠ CÁ BASA -42 5.1 Giới thiệu axít béo omega-3 43 5.2 Phân tích định lượng tổng axít béo không no kỹ thuật FT – IR -43 5.3 Thảo luận – so sánh 43 5.4 Kết luận 44 VI NHỮNG LOẠI MÁY QUANG PHỔ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY -45 6.1 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 45 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm 6.2 Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR) 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO -47 I NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI: Năm 1800, William Hershel phát tồn xạ nhiệt vùng phổ ánh sáng nhìn thấy ông đặt tên cho xạ hồng ngoại (Infrared - IR) Đây dải xạ không nhìn thấy có bước sóng từ 0,75 đến 1000 nm ông chứng minh xạ tuân theo qui luật ánh sáng nhìn thấy Kể từ mốc lịch sử đến nay, lĩnh vực nhân loại đạt bước phát triển đáng kể Về nguồn phát xạ: Vào nửa đầu kỷ 19 tìm định luật xạ nhiệt, đầu kỷ 20 hoàn thành qui luật xạ không kết hợp Trong năm 1920-1930 tạo nguồn IR nhân tạo, phát hiệu ứng điện phát quang làm sở để tạo nguồn phát xạ IR (các diodes phát quang) Về detectors (dùng để phát IR): Năm 1830 detectors theo nguyên lý cặp nhiệt điện (thermopile) đời Năm 1880 đời quang trở cho phép tăng đáng kể độ nhạy phát IR Từ năm 1870 đến 1920, detectors lượng tử theo nguyên lý tương tác xạ với vật liệu đời (với detectors xạ chuyển đổi trực tiếp sang tín hiệu điện thông qua hiệu ứng nhiệt xạ sinh ra) Từ năm 1930-1944 phát triển detectors sulfure chì (PbS) phục vụ chủ yếu cho nhu cầu quân Từ năm 1930-1950 khai thác vùng IR từ đến mm detectors Antimonium d’Indium (InSb) từ 1960 bắt đầu khai thác vùng IR từ đến 14 mm detectors Tellure de Cadmium Mercure (HgTeCd) Trên giới IR áp dụng nhiều lĩnh vực: Như ứng dụng chế tạo thiết bị quang điện tử đo lường - kiểm tra lĩnh vực thực phẩm, thiết bị chẩn đoán điều trị y tế, hệ thống truyền thông, hệ thị mục tiêu thiên văn, điều khiển thiết bị vũ trụ năm gần đây, chúng sử dụng để thăm dò tài nguyên thiên nhiên trái đất hành tinh khác, để bảo vệ môi trường Đặc biệt, có ứng dụng quan trọng lĩnh vực quân Các ứng dụng quân IR đòi hỏi detectors phải có độ nhậy cao, đáp ứng nhanh, phải mở rộng dải phổ làm việc detectors dải truyền qua vật liệu quang học Cuối chiến tranh giới lần thứ hai nhờ ứng dụng IR người ta chế tạo bom quang - điện tự điều khiển, hệ thống điều khiển hỏa lực sở biến đổi quang điện, thiết bị nhìn đêm cho vũ khí binh, điện đàm IR sau chiến lần thứ hai tạo nhiều hệ thống điều khiển tên lửa không đối không, không đối đất, đất đối không Ở nước ta nay, lĩnh vực số quan khoa học có Viện nghiên cứu ứng dụng công nghệ, tiếp cận, nghiên cứu từ cuối năm 60 kỷ 20 Và đặc biệt, phổ hồng ngoại ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thực phẩm… II ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI: Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại kỹ thuật phân tích hiệu Một ưu điểm quan trọng phương pháp phổ hồng ngoại vượt phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử vv…) phương pháp cung cấp thông tin cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi phương pháp tính toán phức tạp Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Kỹ thuật dựa hiệu ứng đơn giản là: hợp chất hoá học có khả hấp thụ chọn lọc xạ hồng ngoại Sau hấp thụ xạ hồng ngoại, phân tử hợp chất hoá học dao động với nhiều vận tốc dao động xuất dải phổ hấp thụ gọi phổ hấp thụ xạ hồng ngoại Các đám phổ khác có mặt phổ hồng ngoại tương ứng với nhóm chức đặc trưng liên kết có phân tử hợp chất hoá học Bởi phổ hồng ngoại hợp chất hoá học coi "dấu vân tay", vào để nhận dạng chúng Phổ hấp thu hồng ngoại phổ dao động quay hấp thu xạ hồng ngoại chuyển động dao động chuyển động quay bị kích thích Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0,8 đến 1000µm chia thành ba vùng: 1- Cận hồng ngoại ( near infrared) λ = 0,8 – 2,5µm 2- Trung hồng ngoại ( medium infrared) λ = 2,5 – 50µm 3- Viễn hồng ngoại ( far infrared) λ = 50 - 100µm Trong thực tế, phổ hồng ngoại thường ghi với trục tung biểu diễn T%, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần ( 4000 – 400 cm-1) 2.1 Điều kiện hấp thụ xạ hồng ngoại: Không phải phần tử có khả hấp thụ xạ hồng ngoại Mặt khác thân hấp thụ có tính chất chọn lọc Để phần tử hấp thụ xạ hồng ngoại, phân tử phải đáp ứng yêu cầu sau: * Độ dài sóng xác xạ: Một phân tử hấp thụ xạ hồng ngoại tần số dao động tự nhiên phần phân tử (tức nguyên tử hay nhóm nguyên tử tạo thành phân tử đó) dao động tần số xạ tới Thực nghiệm cho thấy cho xạ hồng ngoại chiếu qua mẫu HCl phân tích xạ truyền qua quang phổ kế hồng ngoại, người ta nhận thấy phần xạ có tần số 8,7.1013s-1 bị hấp thụ, tần số khác truyền qua Vậy tần số 8,7.1013s-1 tần số đặc trưng cho phân tử HCl Sau hấp thụ bước sóng xác xạ hồng ngoại (năng lượng xạ hồng ngoại bị tiêu tốn) phân tử dao động có biên độ tăng lên Điều kiện áp dụng chặt chẽ cho phân tử thực chuyển động dao động điều hoà * Lưỡng cực điện: Một phân tử hấp thụ xạ hồng ngoại hấp thụ gây nên biến thiên momen lưỡng cực chúng Một phân tử gọi có lưỡng cực điện nguyên tử thành phần có điện tích (+) điện tích (-) rõ rệt Khi phân tử lưỡng cực giữ điện trường (như phân tử giữ Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm dòng IR), điện trường tác dụng lực lên điện tích phân tử Các điện tích ngược chịu lực theo chiều ngược nhau, điều dẫn đến tách biệt hai cực tăng giảm.Vì điện trường xạ hồng ngoại làm thay đổi độ phân cực chúng cách tuần hoàn, khoảng cách nguyên tử tích điện phân tử thay đổi cách tuần hoàn Khi nguyên tử tích điện dao động, chúng hấp thụ xạ hồng ngoại Nếu vận tốc dao động nguyên tử tích điện phân tử lớn, hấp thụ xạ mạnh có đám phổ hấp thụ mạnh, ngược lại vận tốc dao động nguyên tử tích điện phân tử nhỏ, đám phổ hấp thụ hồng ngoại yếu.Theo điều kiện phần tử có nguyên tử giống không xuất phổ dao động Ví dụ O 2, N2 v.v… không xuất phổ hấp thụ hồng ngoại Đó điều may mắn, không người ta phải đuổi hết không khí khỏi máy quang phổ kế hồng ngoại Tuy nhiên không khí có CO2 nước (H2O) có khả hấp thụ tia hồng ngoại điều bù trừ thiết bị thích hợp 2.2 Sự quay phân tử phổ quay: Xét phân tử AB tạo thành từ hai nguyên tử A B có khối lượng m m2, xem khối lượng m1 m2 đặt tâm hai hạt nhân với khoảng cách hai nhân r Hai nguyên tử xem nối cứng vào gọi “ quay tử cứng” Dưới dạng quay tử cứng, phân tử có khả quay xung quang trục qua trọng tâm hệ, cách tâm hạt nhân khoảng r1 r2 Hình 1: Mô hình quay tử cứng phân tử hai nguyên tử Momen quán tính I quay tử xác định: I = m1r12 + m2 r22 = m1m2 ro = µro2 (1) m1 + m2 µ gọi khối lượng rút gọn phân tử: µ= m1m2 1 = + µ m1 m2 m1 + m2 (2) Sự quay quay tử cứng xem tương đương với quay khối lượng rút gọn µ đặt cách trục quay khoảng r0 Theo học lượng tử, lượng chuyển động quay phân tử hai nguyên tử xác định biểu thức: Eq = h2 8π I J ( J +1) (3) Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm J số lượng tử quay, có giá trị không nguyên dương ( J= 0,1,2,3…) Đại lượng (h/8π2I) gọi số quay kí hiệu B Biểu thức (3) trở thành: Eq = hBJ ( J +1) (4) Hệ thức (4) cho thấy lượng quay tỉ lệ nghịch với momen quán tính I mức lượng quay ứng với J lớn cách xa nhau: J J(J+1) Eq = hBJ ( J +1) 1 2hB 6hB 12 12hB 20 20hB 30 30hB Một số mức lượng quay thấp phân tử hai nguyên tử chuyển dịch cho phép đựơc trình bày hình 2a sau: Hình 2: a Một số mức quay thấp phân tử hai nguyên tử chuyển dịch phép chúng b Sơ đồ phổ quay với chuyển mức  Phổ quay phân tử phát sinh chuyển dịch mức lượng quay Đối với quang phổ quay tuý phân tử hai nguyên tử, chuyển dịch tuân theo qui tắc chọn lọc: ∆J = ±1 (+1: hấp thu, -1: phát xạ) Theo mô hình cứng, phổ quay phân tử hai nguyên tử dãy vạch với tần số: 2B (01); 4B( 12) ; 6B( 23)… Người ta thu phổ quay phân tử dùng xạ hồng ngoại xa vi sóng tác động lên mẫu khảo sát Các phổ quay giúp nhận dạng chất cho phép xác định khoảng cách hạt nhân nguyên tử góc liên kết phân tử đơn giản, momen lưỡng cực điện nhiều phân tử… Phổ vi sóng cho độ xác cao nhiều so với phổ hồng ngoại xa, việc nghiên cứu vùng phổ vi sóng gặp phải hai hạn chế: Thứ nhất, mẫu phải chuyển thành trạng thái khí với áp suất không 10 -3 mmHg Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Thứ hai, để hấp thu xạ vi sóng, phân tử phải có momen lưỡng cực trạng thái bản, quay tự không tạo momen lưỡng cực Để nghiên cứu phân tử momen lưỡng cực O2, N2… người ta dùng phổ quay khuyếch tán tổ hợp Các phổ quay thực nghiệm cho thấy khoảng cách (2B, 4B…) vạch không hoàn toàn nhau, phân tử quay khoảng cách hai nguyên tử dao động cách xa không cố định giả thiết tính toán 2.3 Phổ dao động quay phân tử hai nguyên tử: Sự xuất quang phổ dao động: Dao động phân tử gồm hai nguyên tử dao động giãn nén dọc theo trục liên kết hai nguyên tử, gọi dao động giãn (stretching) hay dao động hoá trị Kết dao động làm thay đổi độ dài liên kết nguyên tử phân tử Trước hết xét trường hợp phân tử AB tạo thành từ hai nguyên tử A B A B xem hai cầu khối lượng m A, mB nối với lò xo Khoảng cách tâm A tâm B vị trí cân r Nếu giữ chặt cầu ép lại bỏ tay cầu thứ hai dao động quanh vị trí cân ban đầu với độ lệch ∆r Trong hệ xuất lực luôn có khuynh hướng kéo chúng vị trí cân gọi lực hồi phục, kí hiệu F Bài toán dao động đưa trường hợp toán tính dao động điểm động điểm tĩnh (được gọi hệ dao động tử) xảy với biên độ dao động không đổi (dao động điều hoà) biên độ dao động thay đổi (dao động không điều hoà) Dao động điều hoà: Trong trường hợp này, lực hồi phục F tỉ lệ với biên độ ∆r: F = - k∆r (5) k - hệ số tỉ lệ, gọi số lực hay số lực hoá trị ; dấu trừ cho biết lực F hưóng ngược với chiều chuyển động Thực trình tính toán theo học, người ta chứng minh dao động điều hoà có tần số dao động vdđ xác định sau: Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm vdđ = 2π k (6) µ Với µ khối lượng thu gọn hai cầu nối Biểu thức cho thấy dao động có tần số cao số lực liên kết k lớn khới lượng thu gọn µ nhỏ Khi đồng dao động tự nhiên phân tủ gồm hai nguyên tử theo mô hình hai cầu nói trên, biểu thức (6) trở thành: vm = 2π k µ Trong đó: vm - tần số dao động tự nhiên phân tử k - lực liên kết hai nguyên tử µ - khối lượng thu gọn phân tử Mặt khác dao động tử thực dao động, tác dụng lực hồi phục F Er: F =− ∂Er = −k∆r = −k (r − ro ) (7) dr suy ra: ER = k (r − ro ) + EO (8) Với: Er - hệ ứng với chuyển dịch khỏi vị trí cân E0 - hệ ứng với vị trí cân ( tức r = r0), cực tiểu hệ Biểu thức (8) giúp ta hình dung đồ thị biểu diễn phụ thuộc phân tử hai nguyên tử dao động điều hoà vào khoảng cách r hai nguyên tử Đó parabol có trục đối xứng đường thẳng đứng qua điểm cực tiểu Ở trạng thái dao động, khoảng cách r hai nguyên tử thay đổi xung quanh giá trị r o từ giá trị cực đại rmax đến giá trị cực tiểu rmin Ở hai giá trị giới hạn Er hệ lượng toàn phần dao động E dđ Theo học lượng tử, lượng toàn phần Edđ nhận dãy giá trị gián đoạn: Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Hình3: a) Đường cong mức lượng dao động phân tử hai nguyên tử dao động điều hoà b) Phổ dao động trường hợp dao động điều hoà Edđ = Er = (n + )hv m (9) n: số lượng tử dao động ( n = 0,1,2,3…) Ở trạng thái dao động thấp ( n = 0), dao động phân tử có lượng: E0 = Er0 = 1/2h vm ( lượng mức không) Biểu thức (9) cho thấy hiệu hai mức lượng kế luôn hvm, nghĩa mức lượng dao động biểu diễn đường thẳng nằm ngang cách Khi dao động dao động điều hoà, chuyển mức lượng tuân theo qui tắc chọn lọc với ∆n = ± 1: E IR = hv IR = Edđ ( n ) − Edđ ( n−1) = hv m ⇒ v IR = vm Như trường hợp lý tưởng, phân tử có dao động điều hoà không kể đến chuyển động quay phổ hấp thu hồng ngoại gồm vạch (Hình 3b) ứng với biến thiên lượng hiệu lượng hai mức cạnh có tần số tần số dao động riêng phân tử Dao động không điều hoà: Trong thực tế, dao động phân tử dao động điều hoà hai hạt nhân tiến lại gần lực tương tác chúng lớn chúng cách xa Do đường biểu diễn theo khoảng cách r hình parabol mà đường cong không đối xứng với khoảng cách mức lưọng dao động không Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm hoà ( số lượng tử n tăng, mức lượng sít gần vào Dao động không điều hoà không tuân theo qui tắc chọn lọc ∆n = ± mà chuyển mức lượng khác ( ± 2, ± 3…) xảy Tuy nhiên,  n  tăng xác suất chuyển giảm tức cường độ vân hấp thu tương ứng yếu Phổ dao động phân tử hai nguyên tử gồm vạch mà tập hợp nhiều dãy vạch, dãy vạch ứng với chuyển dịch phân tử từ mức dao động xác định đến mức khác Vạch hấp thu: - Tương ứng với chuyển mức ( 01) gọi vạch - Tương ứng với chuyển mức ( 02) vạch hoạ tần thứ ( có số sóng ≈ số sóng vạch bản) - Tương ứng với chuyển mức (0 3) vạch tần thứ hai ( có số sóng ≈ số sóng vạch bản) Hình 4: đường cong mức lượng dao động phân tử hai nguyên tử dao động không điều hoà Quang phổ dao động quay ( phổ hồng ngoại): Khi phân tử hấp thu xạ hồng ngoại phổ thu không phổ dao động không điều hoà mà phổ dao động quay, lượng xạ đủ lớn để kích thích trạng thái dao động làm thay đổi trạng thái quay Kết “ vạch” hấp thu phổ ứng với trình dao động vạch mà bao gồm nhiều tập hợp vạch nhỏ đám vạch có tần số V = V dd + Vq vạch có tần số Vdd lại không xuất Các máy quang phổ có độ phân giải không cho thấy vạch riêng lẻ đám mà cho thấy đường cong viễn quanh vạch 2.4 Phổ dao động quay phân tử nhiều nguyên tử: Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Chuyển động dao động phân tử nhiều nguyên tử phức tạp Để đơn giản, người ta thường phân chuyển động phức tạp thành số hữu hạn dao động đơn giản gọi dao động hay dao động chuẩn hay dao động riêng Các dao động riêng phân tử kích thích xạ điện từ cách chọn lọc, phân tử có momen lưỡng cực µ dao động làm thay đổi momem lưỡng cực bị kích thích xạ hồng ngoại ( dao động không làm thay đổi momen lưỡng cực bị kích thích tia Raman) Các dao động riêng có mức lượng gọi dao động suy biến Một cách tổng quát, số dao động phân tử gồm N nguyên tử trường hợp chung 3N-6, trường hợp phân tử thẳng hàng 3N-5 Trong trường hợp phân tử đối xứng CO2, CH4, CCl4… số dao động suy biến có tần số nên tổng số dao động riêng thực tế nhỏ tổng số dao động tính theo công thức lý thuyết Dao động bản: Ở phân tử có từ ba nguyên tử trở lên, dao động hoá trị loại dao động làm thay đội độ dài liên kết nguyên tử phân tử phân tử hai nguyên tử, có loại dao động làm thay đổi góc liên kết gọi dao động biến dạng ( deformation) Thay đổi góc liên kết dễ thay đổi độ dài liên kết dao động biến dạng thưòng nhỏ so với dao động hoá trị Người ta phân biệt dao động hoá trị đối xứng Vđx ( hai liên kết dài ngắn lại) với dao động hoá trị bất đối xứng Vbđx ( liên kết dài liên kết ngắn lại) Với dao động biến dạng, người ta phân biệt biến dạng mặt phẳng δ tmp ( thay đổi góc liên kết xảy mặt phẳng) với biến dạng mặt phẳng δ nmp ( thay đổi góc liên kết xảy không mặt phẳng) Hình 5: Các kiểu dao động phân tử nước a) dao động hoá trị đối xứng b) dao động hoá trị bất đối xứng c) dao động mặt phẳng Để minh hoạ, ta xét phân tử gồm ba nguyên tử không thẳng hàng, ví dụ H 2O số dao động phân tử H2Olà x - = bao gồm dao động hoá trị đối xứng V OH (đx) dao động hoá trị bất đối xứng VOH(bđx) , biến dạng mặt phẳng δOH(tmp) (Hình 1) Phổ hồng ngoại nước có hai vân gần (3756 3652 cm-1 ) ứng với dao động hóa trị bất đối xứng hai nhóm OH ; vân hấp thu 1596 cm-1 ứng với dao động biến dạng góc HOH 10 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm (amine bậc 1) VNH(đx) δNH >NH VNH δNH C–N VCN –NH3+ (muối amine nhất) VNH+ δNH+ –NH3+ (aminoacid) VNH+ δNH+ >NH2+ (muối amine nhị) -NH4+ (muối ammonium) VNH+ δNH+ VNH+ δNH+ 3400 (tb) 3400-3330 (tb) 3330-3250 1650-1560 (tb) 3350-3310 3310-3300 1580-1490 (y) 1515 1250-1020 1340-1250 1350-1280 1360-1310 3000-2800 (tb) 1600-1575 (m) 1550-1504 (m) 3130-3030 (tb) 1600(m) 1500(m) 2700-2250 (tb) 1620-1560 (m) 3300-3100 1435-1428 DD đậm đặc (hai mũi;đối xứng bất đối xứng) DD biến dạng “lưỡi kéo” DD loãng (một mũi) DD đậm đặc (một mũi) Rất yếu Amine nhị thơm (một mũi) Amine thẳng, không liên hợp Amine thơm, Amine thơm, nhị Amine thơm, tam Vân mở rộng DĐ biến dạng (hai mũi) Đo thể rắn DĐ biến dạng(hai mũi) Vân mở rộng-đo thể rắn DĐ biến dạng (một mũi) Vân mở rộng Một mũi Bảng 18: Tần số hấp thu đặc trưng imine(>C=N–), amidine(>N–C=N), nitrile(– C=N), isonitrile(–N ≡ C)cyanamine (>N–C ≡ N), cyanide(C ≡ N), diazonium (ArN=N+, X-) Nhóm Dao động Tần số(cm-1) –NH (của imine) C=N(của imine) –C=N– (amidine) –C ≡ N– (nitrile) VNH 3400–3300 (tb) VCN VCN 1690–1620 168–1580 1515 2260–2250(bđ) 2230–2220(bđ) VCN δCN –N ≡ C– VCN 390-350 580-540 Và 430-380 2175-2150 30 Ghi Mọi imine Mọi Amidine rắn DD Nitrile thẳng, no Nitrile không no, thơm(cường độ biến carbon, theo hệ thống tạo phức với kim C ≡ N →M ) Nitrile thẳng, no Nitrile thơm (hai mũi) Isonitrile thẳng liên hợp hay đổi theo mạch nối Pi liên hợp, loại dạng – Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm 2150-2115 (isonitrite) >N–C ≡ N (cyanamine) C ≡ N– (của cyanide) –N=N– (hợp chất diazo) Ar–N=N+, X(muối iazonium) C–NO2 (nitro) R–O–NO2 (nitrate) N–NO2 (nitramine) C–N=O VCN 2225-2210 VCN VCN 2250-2000 2080-2070 1575(y) VCN 2300-2230 (m) VN=O(bđx) VN=O(đx) VN=O(bđx) VN=O(đx) VN=O(bđx) VN=O(đx) VN=O(bđx) VN=O(đx) 1560 (m) 1350 1650-1600(m) 1270-1250(m) 1630-1550(m) 1300-1250(m) 1600(m) 1500(m) 1300-1200(m) 970-950(m) –N+–O– thơm –N+–O– béo VCN Isonitrile thơm(Isonitrile có mũi hấp thu đặc trưng để phân biệt với nitrile 1595 cm-1) Muối dạng rắn Muối DD Rất yếu không xuất liên kết-N=N- không phân cực Khi liên hợp giảm khoảng 30cm-1 Khi liên hợp giảm khoảng 30cm-1 Rất mạnh Mạnh 3.6 Tần số hấp thu hợp chất chứa phosphor: Bảng 19: Tần số hấp thu đặc trưng hợp chất chứa phosphor Nhóm – P– H P=O P– OH P– O– P P– O– C P– O– C Dao động VP-H δP-H(nmp) δP-H(nmp) VP=O VP=O Tần số(cm-1) 2440-2350(m) 1090-1080 940-909 1150 1190 1299-1250 1040-910 1000-870 1050-970 1260-1160 Ghi Nhọn Phorus oxide thẳng Phorus oxide thơm Phosphoric ester Rộng P-O-C thẳng P-O-C thơm 3.7 Tần số hấp thu hợp chất chứa lưu huỳnh: Bảng 20: Tần số hấp thu đặc trưng hợp chất chứa chứa lưu huỳnh 31 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Dao động VS-H Tần số(cm-1) 2600-2550 (y) >S=O VC=S VN-H VC=S δN-H VS=O 1200-1050 3400 1300-1100 (m) 1550-1460 (m) 1060-1040 (m) >SO2 VS=O 1370-1310 (m) 1180-1120 (m) 1420-1330 (m) 1200-1145 (m) Nhóm – S– H (của imine) >C=S – CS– NH– (Thioamide) – SO2– O Ghi Yếu VO-H bị ảnh hưởng liên kết hydrogen 3150 cm-1 thể rắn DĐ hóa trị bất đối xứng DĐ hóa trị đối xứng 3.8 Tần số hấp thu hợp chất chứa nối đôi liền nhau: Bảng 21: Tần số hấp thu đặc trưng số hợp chất chứa nối đôi liền Nhóm Dao động O=C=O Carbon dioxide – N=C=O Isocyanate Tần số(cm-1) Ghi 2349 (m) 2275-2250 (m) Rất mạnh; Vị trí không bị ảnh hưởng liên hợp – N=N=N– Azit – N=C=N– Carbodilmide >C=C=O Cetene – N=C=S– Isothiocyanate 2160-2120 (m) >C=C=NCeteneimine C=C=C Allen 2000 (m) 2125-2130 (m) Rất mạnh 2150 (m) 2140-1990 (m) Vân rộng mạnh 1950 (tb) Nhóm allen đầu mạch liên hợp với nhóm hút electron thường có hai vân 3.9 Tần số hấp thu hợp chất chứa halogenur: Bảng 22: Tần số hấp thu đặc trưng số hợp chất chứa halogenur Nhóm Dao động Tần số(cm-1) C– F VC-F 1400-730: Ghi Monofluoralkane 32 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm VC-F VC-Cl 1100-1000 1350-1120 830-560: VC-C δC-F 726 649 760-505 (m) CCl3 VC-Cl 450-250 830-700 CH2– Cl C– Br δCH2 VC-Br δC-Br 1230 (m) 650-485 (m) 300-140 C– I VC-I CH2– I CH2– CH2– I Aryl-halogen δCH2 600-200 610-485 1170 (m) 594 503 1270-1100 1096-1089 1078-1074 1057-1034 1073-1068 1073-1065 1042-1028 1061-1057 CF2,CF3 – C– C– Cl VC-F VC-Cl (para) VC-Cl (meta) VC-Cl (ortho) VC-Br (para) VC- Br (meta) VC- Br (ortho) VC-I (para) Thay đổi theo vị trí không gian halogenur phân tử Dạng trans ziczac C-C-C-Cl Dạng “Gốt” Rất mạnh; có mũi họa tần khoảng 1510-1450 cm-1 Mạch thẳng Hai vân IV KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI: 4.1 Máy quang phổ IR: Phổ kế hồng ngoại thông dụng loại tự ghi, hoạt động theo nguyên tắc sau: Chùm tia hồng ngoại phát từ nguồn tách hai phần, qua mẫu (2) qua môi trường đo (dung môi) (2’) tạo đơn sắc (3) tách thành xạ có tần số khác chuyển đến detector (4) Detector so sánh cường độ hai chùm tia chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần xạ bị hấp thu mẫu Dòng điện có cường độ nhỏ nên phải nhờ khuếch đại (5) tăng lên nhiều lần 33 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm trước chuyển sang phận tự ghi (6) vẽ lên phổ đưa vào máy tính xử lý số liệu in phổ Hình 6: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại hai chùm tia Các máy phổ hồng ngoại hệ chế tạo theo kiểu biến đổi Fourier (Fourier Transformation Infrared Spectrometer-FTIR Spectrometer) Trong máy này, người ta dùng giao thoa (giao thiết kế) Michelson thay cho tạo đơn sắc Giao thoa kế Michelson thiết bị tách chùm xạ thành hai thành phần có cường độ sau kết hợp trở lại thành xạ có cường độ thay đổi theo thời gian Sự thay đổi cường độ xạ quãng đường hai xạ bị tách không giống Giá trị I(t) hàm hiệu số hai quãng đường nói Giao thoa kế gồm gương cố định Mı, gương di động M2 (có thể di chuyển tịnh tiến đường thẳng nằm ngang) đặt vuông góc phận chia chùm sáng S Chùm xạ từ nguồn qua phận tách S chia thành hai chùm xạ vuông góc, chùm đến gương cố định Mı chùm đến gương cố định M2 Khi gặp gương chúng phản xạ trở lại phận tách S Đến chùm lại chia thành đôi, nửa nguồn nửa qua mẫu đo đến detector Như vậy, chùm xạ đến mẫu đo gồm hai xạ nhập lại có thời gian trễ khác nên cường độ xạ thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào quãng đường d xạ đến gương di động M2 (H.7) Hình 11.7 Cấu tạo giao thoa kế Michelson Detector ghi nhận biến đổi cường độ xạ theo quãng đường d chuyển thành tín hiệu điện Tín hiệu thu dạng hàm điện V theo quãng 34 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm đường V=f(d), máy tính dùng phép biến đổi Fourier chuyển thành hàm cường độ I theo nghịch đảo quãng đường d ( tức d-1 hay số sóng v) : V = f(d)→I = f(v) So với máy hồng ngoại hệ cũ, máy hồng ngoại biến đổi Fourier (H.11.8) có nhiều ưu điểm: việc sử dụng giao thoa kế cho phép khe sáng rộng nên cường độ xạ vào detector lớn hơn; tỉ lệ S/N tăng lên nhờ giảm nhiễu; nhờ sử dụng máy tính, việc đo phổ tự động hoá mức cao phổ lưu trữ đối chiếu với phổ chuẩn có “thư viện” máy Hình 8: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Trong trình làm việc, khung số sóng máy phổ hồng ngoại bị lệch Để kiểm tra, người ta thường sử dụng chất chuẩn polystirene, ammonia nước 4.2 Cách chuẩn bị mẫu: Người ta đo phổ hồng ngoại chất thể rắn, thể lỏng tinh khiết, DD thể Mẫu thể rắn: Có ba cách đo mẫu thể rắn: Nghiền nhỏ vài mg chất nghiên cứu với vài giọt parafin lỏng (nujol) ép phần thu hai NaCl Để tránh vân hấp thu mạnh parafin 2950-2850 cm -1 1450-1350 cm -1 khảo sát hấp thu nhóm C-H, người ta thay parafin hexachlor butadien Trộn mẫu thật đồng với KBr theo tỉ lệ 1:10 1:100 ép thành viên mỏng suốt máy ép thuỷ lực Do KBr có tính hút ẩm, phổ hồng ngoại thường xuất vân hấp thu nước 3450 cm -1 Dùng KBr cầu lưu ý đến khả xảy phản ứng trao đổi cation anion trường hợp chất nghiên cứu muối phức chất vô 35 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Đo phổ chất rắn dạng màng lỏng cách làm nóng chảy chất nghiên cứu làm bay dung môi DD chất nghiên cứu chất có khả tạo màng Mẫu thể lỏng tinh khiết: Khi mẫu thể lỏng tinh khiết, người ta chuẩn bị mẫu cách ép giọt nhỏ chất lỏng hai NaCl để có màng mỏng dày khoảng 0,01-0,1mm, gọi màng lỏng Mẫu DD: Hoà tan chất nghiên cứu dung môi thành DD có nồng độ 1-5% Cho DD dung môi nguyên chất vào hai cuvet có bề dày 0,1-1mm việc so sánh hai chùm tia qua DD dung môi loại vân hấp thu dung môi Dung môi không phép hấp thu 65% xạ chiếu vào cường độ xạ lại yếu Ngoài ảnh hưởng chất dung môi, cần lưu ý đến bề dày cuvet Những dung môi thường sử dụng CCl4, CHCl3, CH2Cl2, Cl2C=CCl2… Mặc dù vùng không hấp thu CHCl3 hẹp CCl4 khả hoà tan chất CHCl3 tốt nên thường sử dụng nhiều hơn, đặc biệt đo DD đặc cuvet có bề dày nhỏ Các cuvet thường có cửa sổ NaCl, CaF2 AgCl cửa sổ bị đen sau thời gian sử dụng Mẫu thể hơi: Khi mẫu thể hơi, đưa vào ống đặc biệt có chiều dài khoảng 10 cm với hai đầu ống bịt NaCl Trong thực tế để phân tích chất hữu phức tạp, người ta thường sử dụng máy hồng ngoại ghép với máy sắc kí khí Trong hệ thống sắc kí khí-hồng ngoại (GC/IR), sau tách máy sắc kí khí, hợp phần từ cột sắc kí (tương ứng với peak sắc kí đồ) ghi phổ hồng ngoại (thường dùng FTIR) lưu giữ nhớ máy tính Máy in phổ đồ hồng ngoại hợp phần ứng với peak sắc kí đồ mà ta quan tâm Nhờ so sánh phổ mẫu với thư viện phổ chuẩn lưu máy tính, máy rõ cấu tạo hợp chuẩn cho biết nhóm chức có mặt hợp phần 4.3 Ứng dụng: Các số liệu ghi nhận từ phổ hồng ngoại cung cấp nhiều thông tin chất nghiên cứu Dưới số ứng dụng phương pháp quang phổ hồng ngoại 4.3.1 Đồng chất: Số liệu hồng ngoại đặc trưng sử dụng cho trình đồng chất hữu hiệu Từ đồng phổ hồng ngoại hai mẫu hợp chất kết luận đồng chất hai mẫu hồng ngoại với mức độ xác cao Để thực trình đồng nhất, người ta thường so sánh phổ chất nghiên cứu với phổ chuẩn ghi điều kiện xác định (hiện người ta thành lập phổ chuẩn hàng ngàn hợp chất hữu khác gọi Atlas phổ hồng ngoại) Nếu chất nghiên cứu chưa có Atlas, người ta so sánh phổ chất chuẩn theo ba giai đoạn sau đây: 36 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm So sánh phổ hai chất nồng độ hai môi trường khác hai trạng thái khác ( ví dụ, DD viên nén) Ghi phổ chất nồng độ đủ lớn để so sánh vân có cường độ thấp So sánh cường độ vân tương ứng với 4.3.2 Xác định cấu trúc phân tử: Từ tần số vân phổ hấp thu cho phép kết luận có mặt nhóm chức phân tử, nghĩa số liệu hồng ngoại giúp xác định cấu trúc phân tử chất nghiên cứu Mức độ xác việc xác định cấu trúc phụ thuộc lớn vào độ tin cậy, xác tần số vân hấp thu phổ hồng ngoại (các máy hồng ngoại thường hiệu chỉnh tần số chất chuẩn polytyrol) Ngoài việc đề phòng sai lệch vị trí vân phổ máy, tiến hành định tính phương pháp cần lưu ý đến hiệu ứng khả làm dịch chuyển phổ vùng khác phải loại trừ vân hấp thu dung môi… 4.3.3 Nghiên cứu động học phản ứng: Việc nghiên cứu động học phản ứng có thề kiểm tra phương pháp phổ hồng ngoại cách ghi phổ hấp thu ứng với miền phổ khoảng thời gian thích hợp, nghĩa ghi trực tiếp đường cong biểu diễn thay đổi cường độ hấp thu theo thời gian miền phổ chọn tạo thành sản phẩm phản ứng hay đk tác chất ban đầu 4.3.4 Nhận biết chất: Trước ghi phổ hồng ngoại, nói chung ta có nhiều thông tin hợp chất hỗn hợp cần nghiên cứu, như: trạng thái vật lý, dạng bên ngoài, độ tan, điểm nóng chảy, điểm cháy, đặc biệt lịch sử mẫu Nếu cần biết mẫu chất nguyên chất hay hỗn hợp Sau ghi phổ hồng ngại, chất nghiên cứu hợp chất hữu trước tiên nghiên cứu vùng dao động co giãn H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất vòng thơm hay mạch thẳng hai Sau nghiên cứu vùng tần số nhóm để xác định có hay nhóm chức Trong nhiều trường hựp việc đọc phổ (giải phổ) tìm tần số đặc trưng không đủ để nhận biết cách toàn diện chất nghiên cứu, có lẽ suy đoán kiểu loại hợp chất.Cũng cần tránh khuynh hướng cố gắng giải gán cho đám phổ quan sát thấy, đám phổ vừa yếu vùng phổ phức tạp Mỗi phát loại chất, người ta so sánh phổ chất nghiên cứu với phổ chất nguyên chất tương ứng để nhận định đúng.Hiện người ta công bố số tuyển tập phổ hồng ngoại chất tần số nhóm đặc trưng 4.3.5 Xác định độ tinh khiết: Phổ hồng ngoại dùng để xác định độ tinh khiết chất Khi thích hợp chất không tinh khiết thường độ rõ nét đám phổ riêng biệt bị giảm, xuất thêm đám phổ làm "nhoè" phổ Khi tạp chất có hấp thụ mạnh IR mà thành phần không hấp thụ hấp thụ yếu việc xác định thuân lợi 37 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Ví dụ nhận lượng nhỏ xeton hidrocacbon hidrocacbon thực tế không hấp thụ vùng phổ - 1720cm-1 số sóng đặc trưng cho nhóm C = O Phương pháp thường dùng để kiểm tra sản xuất nhiều loại hoá chất quy mô công nghiệp 4.3.6 Suy đoán tính đối xứng phân tử: Ví dụ xét xem phân tử NO2 phân tử gồm nguyên tử thẳng hàng hay có cấu tạo uốn võng Thực tế cho thấy phổ hấp thụ IR NO2 có đám 750, 1323, 1616cm -1 (không giống CO2 có đám phổ, nên phân tử NO2 phải có cấu tạo uốn võng 4.3.7 Phân tích định lượng: Khả ứng dụng phổ hồng ngoại ngành phân tích định lượng phụ thuộc trang thiết bị trình độ phòng thí nghiệm Ngày nay, đời máy quang phổ hồng ngoại đại, tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu làm cho việc phân tích định lượng thêm xác mở rộng phạm vi phân tích định lượng Về nguyên tắc, việc phân tích định ượng theo phương pháp phổ hồng ngoại dựa vào định luật Lambert – Beer: A=lg(Io/I)=abc • A: Độ hấp thụ tia IR • Io: Cường độ xạ trước qua mẫu, I: cường độ xạ sau qua mẫu • a: Hệ số hấp thụ, b: bề dày mẫu • c: Nồng độ chất nghiên cứu Thực tế, người ta xác định nồng độ nhóm chức hợp chất cần phân tích Ví dụ: xác định nồng độ hexanol theo độ hấp thụ liên kiết O-H Về thực nghiệm, có cách xác định độ hấp thụ A a Phương pháp đường chuẩn: Ví dụ: Xác định chất dạng dung dịch.Chọn số sóng thích hợp, cho dung dịch cần đo vào cuvét Chỉ số độ đo máy tỷ lệ với I Lại cho dung môi nguyên chất vào Cuvet Lần số đo tỷ lệ với Io.Theo hệ thức trên, xác định A tương ứng với nồng độ C Ở máy đại, giá trị A tính ghi trực tiếp Từ nồng độ khác biết, đo giá trị A tương ứng, vẽ đồ thị A - C.Sau với nồng độ cần xác định, đo A theo đồ thị chuẩn mà tìm C b Phương pháp đường nền: Có giá trị A cho trực tiếp máy.Nếu hỗn hợp có nhiều thành phần có đám phổ xen phủ để tìm nồng độ thành phần phải giải hệ phương trình nhiêu ẩn (tương tự phương pháp phổ điện tử) 38 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Kết thu theo phương pháp phổ hồng ngoại bị hạn chế sau: - Cuvét đựng mẫu thường làm NaCl, KBr mềm, dễ bị biến dạng, bề dày mẫu (giá trị b) thay đổi từ mẫu sang mẫu khác Cuvét bị tác động hoá học dung môi Do dẫn đến sai số phép đo Sai số phép đo nguyên nhân khác - Do hiệu ứng tập hợp phân tử chất hoà tan dẫn đến thay đổi tần số hấp thụ, hình dáng, cường độ hấp thụ - Do máy quang phổ hồng ngoại không đủ độ phân giải cần thiết nên không đủ khả đo đám phổ có tần số hẹp Mặc dù phương pháp phổ dao động phương pháp hữu hiệu để xác định chất định tính định lượng, ứng dụng rộng rãi nghiên cứu khoa học kiểm tra công nghiệp, phương pháp có hạn chế định: V - Bằng phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng (trừ trường hợp đặc biệt) - Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin vị trí tương đối nhóm chức khác phân tử - Chỉ riêng phổ hồng ngoại chưa thể biết chất nguyên chất hay chất hỗn hợp có trường hợp chất có phổ hồng ngoại giống ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM: ỨNG DỤNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP FT – IR ĐỂ XÁC ĐỊNH AXÍT BÉO OMEGA-3 TRONG MỠ CÁ BASA: Phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed) hoạt động dựa hấp thụ xạ hồng ngoại vật chất cần nghiên cứu Phương pháp ghi nhận dao động đặc trưng liên kết hóa học nguyên tử Phương pháp cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu thấp phân tích cấu trúc, định tính định lượng Có thể đạt dộ nhạy cao mẫu có bề dày cỡ 50 nm Con người biết ăn nhiều cá để chống lại bệnh tim mạch, tăng cường sức khỏe họ chưa biết cá lại có tác dụng Đó nhờ cá có axit béo omega-3 Nguyên tố vi lượng tiếng giúp ngăn ngừa bệnh mãn tính bệnh tim, viêm khớp, làm giảm lượng choresterol, điều hòa huyết áp, cải thiện chức phổi người lớn bị hen suyễn, giảm nguy ung thư vú phụ nữ…Nhu cầu xác định omega-3 loại cá cần thiết Trong phần ứng dụng quang phổ hồng ngoại thực phẩm, nhóm chúng em xin giới thiệu ứng dụng quang phổ hồng ngoại sử dụng kỹ thuật FT-IR để xác định omega-3 mỡ cá basa, loại cá mà nuôi nhiều nước ta đồng Sông Cửu Long cho mục đích xuất tiêu dung nội địa Việc ứng dụng phương pháp giúp cho nhà nuôi trồng thủy sản, nhà sản xuất dầu ăn, thực phẩm sản phẩm lien quan tới loại axít có thêm sở lý luận thực tiễn để phát triển ngành nghề 39 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm 5.1 GIỚI THIỆU AXÍT BÉO OMEGA-3: Omega – tên gọi chung axít béo không no mối liên kết đôi gắn vào carbon vị trí thứ dây alkyl (n-3) Axít α-Linolenic (ALA), axít Eicosapentaenoic (EPA) axít Docosahesaenoic (DHA) axít béo cần thiết cho sức khỏe người thể tự tạo mà phải bổ sung từ nguồn thức ăn Các axít thuộc nhóm axít béo có tên axít béo omega-3 ALA có nhiều dầu thực vật dầu lanh Khi ăn vào thể biến ALA thành EPA DHA Đây hai loại axít béo mà thể dễ dàng hấp thu EPA DHA chủ yếu có cá với hàm lượng khác a Công thức phân tử: Axít Linolenic (ALA): C18H30O2 Axít Eicosapentaenoic (EPA): C20H30O2 Axít Docosahesaenoic (DHA): C22H32O2 b Công thức hóa học: Axít Linolenic: CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Axít Eicosapentaenoic: CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH Axít Docosahesaenoic: CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH =CH(CH2)2COOH 5.2 PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG TỔNG CÁC AXÍT BÉO KHÔNG NO BẰNG KỸ THUẬT FT-IR: Để ghi phổ FT-IR mẫu, sử dụng phương pháp viên nén KBr Sau tạo viên nén máy thủy lực tráng lớp chất béo (được trích ly máy Soxhlet) thật mỏng bề mặt viên KBr Sau ghi phổ điều kiện: Hình phổ FT-IR ghi mỡ cá basa Để phân tích định lượng, chọn mũi dao động hóa trị bất đối xứng νas (=CHR)ở số sóng ~ 3.000 cm-1 (hình 1) dung môi sử dụng thích hợp CCl Trong mỡ cá, thường axít béo không no chiếm hàm lượng lớn Olenic (C18:1) Do đó, chọn chất chuẩn axít để dựng đường chuẩn Cân 49,9 mg Olenic pha loãng với lượng CCl4 thích hợp để co dung dịch có nồng độ tương ứng 9,52 ppm; 15,87 ppm; 31,74 ppm; 79,36 ppm Sau cho dung dịch vào cuvet (d=0,5 cm) ghi phổ FT-IR độ phân giải cm-1 10 scan (số sca dung môi bay nhanh) Dựng đường chuẩn tương ứng với số liệu Cân 500,6 mg chất béo (được trích máy Soxhlet) pha loãng dung môi CCl4 với lượng thích hợp nồng độ nằm vùng đường chuẩn Sau cho dung dịch vào cuvet ghi phổ FT-IR với điều kiện dung dịch chuẩn hình phổ FT-IR dung dịch chuẩn mẫu khảo sát Kết tính toán cho hàm lượng tổng axít béo không no mỡ cá basa 61,01% 5.3 THẢO LUẬN – SO SÁNH: 40 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Để theo dõi biến đổi thành phần axít béo theo nhiệt độ trích ly chất béo: Trích nhiệt độ lạnh (40C), trích phương pháp Soxhlet (700C) chiên Bảng trình bày kết thành phần chất béo theo nhiệt độ trích ly STT Tên axít béo 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Lạnh (40C) Nóng (chiên) 0,24 4,39 0,25 22,97 3,50 0,33 9,63 39,94 9,76 0,41 0,47 1,66 0,53 0,72 0,31 0,21 0,32 38,69 61,31 45,22 16,09 0,19 5,91 0,24 30,19 2,27 0,25 8,46 40,01 5,85 0,40 0,29 1,41 0,37 0,40 0,72 0,13 45,53 54,47 43,69 10,78 Lauric Myristic Pentadecanoate Paimitic Hexadecenoic Hexadecanoic Stearic Oleic 9,11-Octadecadienoic Linolenic Eicosanoic 11-Eicosenoic 11,14-Eicosadienoic Arachidonic Eicosapentaenoic Docosanoic Docosahexaenoic Tổng béo no Tổng béo không no Tổng béo không no nối đôi Tổng béo không no nhiều nối đôi Soxhlet (700C/6h) 0,07 4,44 0,13 32,04 1,33 0,14 7,76 41,17 8,03 0,21 0,35 1,80 0,81 0,40 44,93 55,07 44,30 10,77 Kết phân tích tổng axít béo không no theo phương pháp FT-IR 61,01% phù hợp với kết phân tích theo phương pháp trích nhiệt độ lạnh 61,31% Trong trích phương pháp Soxhlet nhiệt độ 700C 55,07% Điều cho thấy có thay đổi tổng axit béo không no theo nhiệt độ trích ly Khảo sát biến đổi thành phần axít béo theo nhiệt độ trích ly chất béo cho thấy nhiệt độ cao làm tăng tổng hàm lượng axít béo no từ 38,7% đến 45,1% làm giảm lượng axít béo không no từ 61,3% xuống 54,5% Đặc biệt, nhiệt độ cao lâu axít béo omega-3 DHA – loại cần thiết cho não người hoàn toàn biến 5.4 KẾT LUẬN: Chúng ta xác định có ba loại axít béo omega-3 mỡ cá basa với tổng hàm lượng lớn 1% tổng lượng chất béo Đặc biệt, có diện DHA loại cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng người có đặc tính chống ung thư mà thể không tạo Tuy nhiên, DHA nhạy cảm với oxy hóa nên chế biến cá nhiệt độ cao làm biến đổi hoàn toàn loại axít Ở nhiệt độ cao, kết phân tích cho thấy có thay đổi tỷ lệ thành phần loại axít béo : Tổng axít béo no tăng lên, tổng axít béo không no giảm xuống Điều này, làm giảm chất lượng mỡ cá basa 41 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Có thể dựa vào việc phân tích định lượng tổng lượng axít béo không no kỹ thuật FT-IR dung môi CCl4 để xác định chất lượng loại dầu mỡ động thực vật VI NHỮNG LOẠI MÁY QUANG PHỔ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY: 6.1 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier: Thông tin chi tiết Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Model: Nicolet 6700 - ThermoNicolet (Mỹ) Đặt tính kỹ thuật: - Độ phân giải quang học : 0.09 cm - Độ xác số sóng: 0.01 cm-1 - Độ tuyến tính theo tieue chuẩn: ASTM: [...]... ethylene thì vân VC=C không xuất hiện trên phổ hồng ngoại, thậm chí một số alkene hoặc alkyl có tính đối xứng cao (nối đôi hoặc nối ba nằm ở vị trí gần chính giữa) thì vân hấp thu VC=C, VC≡C đã không còn xuất hiện trên phổ hồng ngoại 16 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Các vân phổ hồng ngoại nói chung thường mảnh và nhọn , nhưng cũng có các vân phổ trải ra trong một khoảng tần số khá rộng... việc đo phổ được tự động hoá ở mức cao và phổ có thể được lưu trữ và đối chiếu với phổ chuẩn có trong “thư viện” của máy Hình 8: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Trong quá trình làm việc, khung số sóng của máy phổ hồng ngoại có thể bị lệch Để kiểm tra, người ta thường sử dụng các chất chuẩn như polystirene, ammonia hoặc hơi nước 4.2 Cách chuẩn bị mẫu: Người ta có thể đo phổ hồng ngoại. .. vòng benzene (có một, hai hay ba nhóm thế; các nhóm thế ở vị trí như thế nào…) III HẤP THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ 17 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Xét về mặt lý thuyết, người ta có thể đo phổ hồng ngoại của các hợp chất hữu cơ, vô cơ và cả phức chất Tuy nhiên việc đo phổ hồng ngoại của các hợp chất vô cơ và phức chất khá phức tạp (ví dụ như phải tiến hành đo ở vùng... mẫu Dòng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại (5) tăng lên nhiều lần 33 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm trước khi chuyển sang bộ phận tự ghi (6) vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ Hình 6: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại hai chùm tia Các máy phổ hồng ngoại thế hệ mới được chế tạo theo kiểu biến đổi Fourier (Fourier Transformation Infrared... các vân hấp thu rất đáng kể 2.6 Cường độ và hình dạng của vân phổ hồng ngoại: Khi phân tích phổ hồng ngoại, ngoài vị trí (số sóng) của vân hấp thu còn phải chú ý đến cường độ và hình dạng của vân phổ Sự hấp thu của các nhóm nguyên tử được thể hiện bởi các vân phổ với các đỉnh phổ ở các số sóng thích hợp Việc định lượng bằng phương pháp hồng ngoại có độ chính xác không cao, do hệ số hấp thu mol ít lặp... trúc phân tử, bởi vậy đám phổ vùng hồng ngoại xa thường cho phép dự đoán các dạng đồng phân Ngoài ra, vùng này đặc biệt tốt cho việc nghiên cứu các cơ kim và các hợp chất vô 12 Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm cơ có các nguyên tử nặng và liên kết yếu Trên đây ta đã thấy có sự liên quan giữa cấu trúc phân tử và sự xuất hiện các đám phổ dao động (phổ hấp thụ hồng ngoại) Tần số dao động của... rất cao trên phổ hồng ngoại Các vùng phổ hồng ngoại: Như đã nói ở trên, phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn T%, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm -1 ) Theo thói quen, nhiều người vẫn gọi số sóng là tần số và thường kí hiệu V, đơn vị cm-1 để biểu diễn chúng Hầu hết các nhóm nguyên tử trong hợp chất hữu cơ hấp thu ở vùng 4000-650 cm-1 Vùng phổ từ 4000-1500... cơ phức tạp, người ta thường sử dụng máy hồng ngoại được ghép với máy sắc kí khí Trong hệ thống sắc kí khí -hồng ngoại (GC/IR), sau khi được tách bằng máy sắc kí khí, mỗi hợp phần đi ra từ cột sắc kí (tương ứng với mỗi peak trên sắc kí đồ) sẽ được ghi phổ hồng ngoại (thường dùng FTIR) và được lưu giữ trong bộ nhớ của máy tính Máy có thể in ra những phổ đồ hồng ngoại của các hợp phần ứng với các peak... quan tâm Nhờ so sánh các phổ mẫu với thư viện phổ chuẩn lưu trong máy tính, máy có thể chỉ rõ cấu tạo của các hợp chuẩn hoặc cho biết các nhóm chức có mặt trong hợp phần đó 4.3 Ứng dụng: Các số liệu ghi nhận được từ phổ hồng ngoại cung cấp rất nhiều thông tin về chất nghiên cứu Dưới đây là một số ứng dụng của phương pháp quang phổ hồng ngoại 4.3.1 Đồng nhất các chất: Số liệu hồng ngoại là một đặc trưng... có thể sử dụng cho quá trình đồng chất hết sức hữu hiệu Từ sự đồng nhất về phổ hồng ngoại của hai mẫu hợp chất có thể kết luận sự đồng nhất về bản chất của hai mẫu hồng ngoại với mức độ chính xác khá cao Để thực hiện quá trình đồng nhất, người ta thường so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ chuẩn được ghi trong cùng điều kiện xác định (hiện nay người ta đã thành lập được bộ phổ chuẩn của hàng ngàn ... phổ hồng ngoại ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thực phẩm… II ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI: Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại kỹ thuật phân tích hiệu Một ưu điểm quan trọng phương pháp phổ hồng. .. động xuất dải phổ hấp thụ gọi phổ hấp thụ xạ hồng ngoại Các đám phổ khác có mặt phổ hồng ngoại tương ứng với nhóm chức đặc trưng liên kết có phân tử hợp chất hoá học Bởi phổ hồng ngoại hợp chất... THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ 17 Phổ Hồng Ngoại Ứng Dụng Trong Thực Phẩm Xét mặt lý thuyết, người ta đo phổ hồng ngoại hợp chất hữu cơ, vô phức chất Tuy nhiên việc đo phổ hồng