Phương pháp phổ hồng ngoại và ứng dụng trong thực phẩm

MỤC LỤC
A.
Lời mở đầu
1
B.
NỘI DUNG
I. NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI:
4
III.
HẤP THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ
5
3.1 Tần số hấp thu của hydrocarbon:
5
3.2 Tần số hấp thu của Alcohol và phenol:
10
3.3 Tần số hấp thu của ether, epoxide và peroxide:
11
3.4 Tần số hấp thu của hợp chất carbonyl:
12
3.5 Tần số hấp thu của hợp chất Nitrogen:
17
3.6 Tần số hấp thu của hợp chất chứa phosphor:
19
3.7 Tần số hấp thu của hợp chất chứa lưu huỳnh:
19
3.8 Tần số hấp thu của hợp chất chứa nối đôi liền nhau:
20
3.9 Tần số hấp thu của hợp chất chứa halogenur:
20
IV.
KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI:21

4.1 Máy quang phổ IR:
21
4.2 Cách chuẩn bị mẫu:
23
4.3 Ứng dụng:
24
a. Đồng nhất các chất:
24
b. Xác định cấu trúc phân tử:
24
c. Nghiên cứu động học phản ứng:
25
d. Nhận biết các chất:
25
e. Xác định độ tinh khiết:
25
f. Suy đoán về tính đối xứng của phân tử:
26
h. Phân tích định lượng:
26
V. ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM:
27
PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH
27
5.1
Nước:
27
5.2
Protein :
28

5.3
Lipid:
28
5.4
Glucid:
28
5.5
Chất xơ :
29
5.6
một số ứng dụng khác:
29
VI. NHỮNG LOẠI MÁY QUANG PHỔ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY:
30
6.1 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier:
30
6.2 Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR):
30
C.
KẾT LUẬN
32
D.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
33
1


Lời mở đầu
Để phân tích thực phẩm như ngày nay người ta sử dụng rất nhiều phương pháp như:
phân tích sắc ký, phương pháp điện thế, phương pháp quang…Trong đó phương pháp quang

là phương pháp được sử dụng phổ biến bởi kỹ thuật này được coi là sạch và tốt vì không sử
dụng hoá chất, không ảnh hưởng sức khoẻ và an toàn cho người phân tích. Một trong những
phương pháp quang được sử dụng thì phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp quang
phổ hấp thu phân tử.
Phổ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả và đã
trải qua ba thập kỷ qua. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng
ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ
điện tử, phương pháp quang vv…) là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử
nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng
đơn giản là: các hợp chất hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi
hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hơp chất hoá học dao động với nhiều vận
tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như trong Y học, Hóa Học,
Thực phẩm,…nghiên cứu cấu trúc các hợp chất vô cơ, hữu cơ, phức chất và trong thực tế sản
xuất. Đặc biệt trong lĩnh vực thực phẩm phổ biến người ta sử dụng phổ hồng ngoại để phân
tích dư lượng axit amin trong protein, đánh giá chất lượng của chất béo, protein thành phần
của các sản phẩm sữa và hạt. Phân biệt giữa bột cá, bột thịt, bột đậu nành có trong mẫu. Phân
tích thành phần hóa học các sản phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, thịt bò…
Nhằm có cái nhìn tổng quát về các phương pháp phân tích cũng như cung cấp cho chúng
ta một công cụ hữu hiệu trong học tập và nghiên cứu về môn: "Các phương pháp thực nghiệm
nghiên cứu cấu trúc vật chất” nên em đã chọn đề tài: “Phương pháp phổ hồng ngoại và ứng
dụng trong thực phẩm” để tìm hiểu về nguyên tắc phân tích nhờ phổ hồng ngoại và những
ứng dụng của nó trong kỹ thuật phân tích hàm lượng các chất.
Tuy đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những sai sót về nội dung cũng như hình thức.
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp chân thành từ thầy và các bạn!

NỘI DUNG
I.

NGUỒN GỐC CỦA BỨC XẠ HỒNG NGOẠI:

Năm 1800, William Hershel đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ nhiệt ở ngoài vùng phổ
của ánh sáng nhìn thấy và ông đặt tên cho nó là bức xạ hồng ngoại (Infrared - IR). Đây là dải
bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng từ 0,75 đến 1000 nm và ông cũng đã chứng minh
2


được rằng bức xạ này tuân theo những qui luật của ánh sáng nhìn thấy. Kể từ mốc lịch sử đó
đến nay, trong lĩnh vực này nhân loại đã đạt được những bước phát triển đáng kể.
Về nguồn phát xạ: Vào nửa đầu thế kỷ 19 đã tìm ra những định luật đầu tiên về bức xạ
nhiệt, đầu thế kỷ 20 đã hoàn thành các qui luật của bức xạ không kết hợp. Trong những năm
1920-1930 đã tạo ra các nguồn IR nhân tạo, phát hiện ra hiệu ứng điện phát quang làm cơ sở
để tạo ra các nguồn phát xạ IR (các diodes phát quang).
Về detectors (dùng để phát hiện IR): Năm 1830 các detectors đầu tiên theo nguyên lý
cặp nhiệt điện (thermopile) ra đời. Năm 1880 ra đời quang trở cho phép tăng đáng kể độ nhạy
phát hiện IR. Từ năm 1870 đến 1920, các detectors lượng tử đầu tiên theo nguyên lý tương
tác bức xạ với vật liệu ra đời (với các detectors này bức xạ được chuyển đổi trực tiếp sang tín
hiệu điện chứ không phải thông qua hiệu ứng nhiệt do bức xạ sinh ra). Từ năm 1930-1944
phát triển các detectors sulfure chì (PbS) phục vụ chủ yếu cho các nhu cầu quân sự. Từ năm
1930-1950 khai thác vùng IR từ 3 đến 5 mm bằng các detectors Antimonium d’Indium
(InSb) và từ 1960 bắt đầu khai thác vùng IR từ 8 đến 14 mm bằng các detectors Tellure de
Cadmium Mercure (HgTeCd).
Trên thế giới IR đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực: Như ứng dụng trong chế tạo các
thiết bị quang điện tử trong đo lường - kiểm tra trong lĩnh vực thực phẩm, các thiết bị chẩn
đoán và điều trị trong y tế, trong các hệ thống truyền thông, các hệ chỉ thị mục tiêu trong thiên
văn, trong điều khiển các thiết bị vũ trụ và trong những năm gần đây, chúng còn được sử dụng
để thăm dò tài nguyên thiên nhiên của trái đất và các hành tinh khác, để bảo vệ môi trường.
Đặc biệt, nó có những ứng dụng rất quan trọng trong lĩnh vực quân sự. Các ứng dụng quân sự
của IR đòi hỏi các detectors phải có độ nhậy cao, đáp ứng nhanh, phải mở rộng dải phổ làm
việc của detectors và dải truyền qua của vật liệu quang học. Cuối chiến tranh thế giới lần thứ

hai nhờ ứng dụng IR người ta đã chế tạo được bom quang - điện tự điều khiển, các hệ thống
điều khiển hỏa lực trên cơ sở biến đổi quang - điện, các thiết bị nhìn đêm cho vũ khí bộ binh,
các bộ điện đàm IR và sau thế chiến lần thứ hai đã tạo ra nhiều hệ thống điều khiển tên lửa
không đối không, không đối đất, đất đối không...
Ở nước ta hiện nay, lĩnh vực này đã được một số cơ quan khoa học trong đó có Viện
nghiên cứu ứng dụng công nghệ, tiếp cận, nghiên cứu từ cuối những năm 60 của thế kỷ 20.
Và đặc biệt, hiện nay phổ hồng ngoại đang được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực công
nghiệp nói chung và thực phẩm nói riêng…

II.

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI:

Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích rất
hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại vượt
hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử vv…)
là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương
pháp tính toán phức tạp.
Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất hoá học có khả năng hấp thụ
chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp
chất hoá học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp
thụ bức xạ hồng ngoại.
Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc
trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học. Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp
chất hoá học coi như "dấu vân tay", có thể căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.
3


Phổ hấp thu hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi hấp thu bức xạ hồng ngoại thì cả
chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có độ dài

sóng từ 0,8 đến 1000µm và 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 được ghi với trục tung biểu diễn T%, trục hoành
biểu diễn số sóng với trị số giảm dần ( 4000 – 400 cm-1).
III.

HẤP THU HỒNG NGOẠI CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ

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 có số sóng khá thấp mà không phải máy nào
cũng đáp ứng được) nên trong thực tế, phương pháp này được sử dụng để phân tích các hợp
chất hữu cơ là phổ biến hơn.
Tần số hấp thu đặc trưng của các nhóm chức được trình bày trong các bảng có đơn vị là cm -1
(thật ra là số sóng, nhưng được quen gọi là tần số) với cường độ được viết tắt là m (mạnh), tb
(trung bình), y (yếu) và bđ (biến đổi).
3.1 Tần số hấp thu của hydrocarbon:
Tần số hấp thu hồng ngoại của hydrocarbon no, của alkene, arene một và nhiều nhân
thơm, alkyne được tóm tắt trong các bảng 1,2, 3 v à 4 .

Bảng 1: Tần số hấp thu của hydrocarbon no (alkane và cyclane)
Nhóm

Dao động

Tần số (cm-1)

–CH3

VC - H(bđx)

2975 – 2950 (m)

DĐ hóa trị bất đối xứng

VC - H(đx)

2885 – 2870 (m)

DĐ hóa trị đối xứng

δ CH3 (tmp)

1465 – 1440 (tb)

DĐ biến dạng trong mặt phẳng

δ CH3 (nmp)

1390 – 1375 (tb)

DĐ biến dạng ngoài mặt phẳng

>(CH3)2

δ CH3

≈ 1380 (tb)

DĐ biến dạng trong mặt phẳng

– C(CH3)3

δ CH3

1395 – 1385 (tb)

DĐ biến dạng trong mặt phẳng

Ghi chú

1365 (m)

4


>CH2 thẳng

VC - H(bđx)

2940 – 2920 (m)

DĐ hóa trị bất đối xứng

VC - H(đx)

2870 – 2840 (m)

DĐ hóa trị đối xứng

δ CH2

1480 – 1440 (tb)

DĐ biến dạng “lưỡi kéo”

δ CH2

745 – 720 (y):

745 – 735
735 – 725
725 - 720

DĐ biến dạng “con lắc” của mạch
carbon – (CH2)n _:
n=2
n=3
n>3

– CH2 – vòng

δ CH2

1452 cm-1

DĐ biến dạng “lưỡi kéo” của
cyclohexane (có tần số thường bé hơn
alkane thẳng)

– CH vòng (lớn
hơn ba)

VC - H

2890 – 2880 (y)

CH vòng ba –
CH2 - halogen

VC - H

≈ 3050 (y)

C–C

VC - C

1260 – 700 (y)

δC - C

600 - 500

– CO – CH3

VC – H

3100 – 2900 (y)

Thường rất yếu

– CHO

VC-H

2900 – 2700 (y)

Thường gồm haivân (một ở ≈ 2720cm1
)

– O CH3 – O –
CH2 – O

VC-H

2850 – 2810 (tb)

Aryl ether: số sóng cao

2790 – 2770 (tb)

Ankyl ether: số song thấp

N – CH3

VC-H

2820 – 2780 (tb)

– O – CO – CH3

δ CH3

1385 – 1365 (m)

Trùng với vùng Ch alkene
Rất yếu

Cường độ rất mạnh

1360 – 1355 (m)

Nhóm C – H không tham gia liên kết hydro nên vị trí các vân hấp thu của nó ít chịu ảnh
hưởng của trạng thái mẫu đo và bản chất hoá học của môi trường đo. Nếu không thấy sự xuất
hiện của các vân hấp thu do dao động hoá trị của CH no thì chắc chắn trong hợp chất nghiên
cứu không có các nhóm CH, > CH2, – CH3.

5

Liên kết C – C hấp thu ở vùng chỉ vân tay, thường yếu và có số sóng thay đổi do ảnh
hưởng của tương tác dao động nên không có giá trị thực tế.
Bảng 2: Tần số hấp thu của Alkene
Nhóm

Dao động

Tần số (cm-1)

Ghi chú

>C=CH2

V=CH2

3095 – 3075 (tb)

δ=CH2

895 – 885 (m)

Đôi khi bị che phủ bởi vân
VC-H no

V=CH2

3095 – 3075 (tb)

δ=CH2

995 - 980

– CH=CH2

Và 915 - 905
V=CH

3040 – 3010 (tb)

δ=CH

850 – 790 (m)

RCH= CHR (trans)

δCH(nmp)

970 – 960 (m)

– RHC=CHR (cis)

δCH

730 – 675 (tb)

R – CH=CH2

δCH

995 – 985 (m)

>C=CH –

DĐ biến dạng ngoài mặt
phẳng (ở 990cm-1 nếu liên
hợp với C=O )

Và 940 – 900 (m)
R2C=CHR

δCH

840 – 790 (tb)

> C=C <

VC=C(klh)

1680 – 1620 (bđ)

VC=C(lh)

≈1625 (tb)

DĐ hoá trị C=C không
liên hợp
Liên hợp với nhân thơm
(với hệ thống liên hợp,
thường xuất hiện hai mũi

hấp thu 1650 – 1600 cm-1)

> C=CH2

VC=C

<1665

–CH=CH2

δC=C

630cm-1

–RHC=CHR(cis)

VC=C

<1665

δC=C

630 va 455

VC=C

>1665

δC=C

455 - 370

RCH=CHR(trans)

DĐ biến dạng do mạch
carbon

DĐ biến dạng do mạch
carbon với hai mũi hấp
thu
DĐ biến dạng do mạch
6


>C=CH và C=C<

VC=C

>1665

Dien và Trien

VC=C

1650(m) và
1600(m)

carbon với một mũi hấp
thu
Vân 1600 thường mạnh

hơn và có thể xen lẫn với
vân 1650

Bảng 3: Tần số hấp thu của Arene môt nhân thơm và nhiều nhân thơm
Nhóm

Dao động

Tần số(cm-1)

Ghi chú

Aryl – H

VCH thơm

3080 – 3010 (y)

δCH(tmp) thơm

1290 – 1000 (y)

Thường bị che phủ, có thể có
đến 5 mũi (số mũi giảm khi số
nhóm thế tăng).
DĐ biến dạng trong mặt phẳng
(rất yếu thường bỏ qua).

δCH(nmp ) thơm

900 – 675 (bđ)

C=C
(một nhân
thơm)

VC=C
Mạch carbon

Nhiều
nhân thơm

δCH(nmp)thơm

DĐ biến dạng ngoài mặt
phẳng(rất đặc trưng), tần số thay
đổi theo vị trí và số nhóm thế:

770 – 730 và 710 – 690
770 – 735
960 – 900, 880 – 830
Và 710 – 680
860 – 800

Một nhóm thế (2 mũi)
Hai nhóm thế ortho (1mũi)
Hai nhóm thế meta (3 mũi)

800 – 760 và 720 – 685
900 – 885 và 780 – 760

865 – 810 và 760 - 730

Ba nhóm thế – 1,2,3
Ba nhóm thế – 1,2,4
Ba nhóm thế – 1,3,5

1625 – 1430
1625– 1590, 1590 –
1575
1575 và 1525 – 1470
900 – 675 (bđ)

671
770 – 730 (m)
770 – 735 (m)
820 – 760 (m)

Hai nhóm thế para (1 mũi)

2 hay 3 mũi
DĐ biến dạng ngoài mặt phẳng,
tần số thay đổi theo số H, theo vị
trí và số nhóm thế:
6 H liên tiếp (một mũi)
5H liên tiếp (một thế)(một mũi)
4H liên tiếp (hai thế ortho)(một
mũi)
3H liên tiếp (hai thế meta hay –
7

860 – 800 (m)
900 – 830 (m)

1, 2, 3)
2H liên tiếp (hai thế para hay –
1,2,3,4)
1H cô lập(hai thế meta hay –
1,2,3,5,- 1,2,4,5)

Nhóm CH không no và CH thơm có thể được phân biệt với CH no bởi vì vân hấp thu do
dao động hoá trị của chúng thường xuất hiện ở số sóng lớn hơn 3000 cm -1 (trong khi vân hấp
thu do dao động hoá trị của CH no xuất hiện ở số sóng bé hơn 3000 cm -1). Tuy nhiên, do
cường độ của các vân này khá yếu nên chúng thường bị che phủ bởi các vân CH no hoặc các
vân NH, OH,... Nhìn chung, phổ hồng ngoại của các hợp chất thơm thể hiện ở năm vùng:
vùng 3080 – 3010 cm-1(dao động hoá trị của liên kết CH), vùng có tần số từ 2000 – 1600 cm -1
xuất hiện các vân họa tần và vân kếp hợp của hợp chất thơm, vùng 1600 – 1500 cm -1 có thể có
hai hay ba vân do dao động hoá trị của các liên kết C- C trong nhân gây nên (dao động
khung), đặc trưng cho các nhân thơm loại sáu cạnh như nhân benzen, nhân pyridine, vùng
1225 – 950 cm-1 hầu như không cung cấp thông tin có giá trị cho việc giải đoán phổ, vùng
dưới 900 cm-1có các vân dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của các liên kết CH thơm có
thể cung cấp các thông tin về số lượng và vị trí của các nhóm thế, nhưng phải hết sức thận
trọng vì đây không phải là các vân duy nhất trong vùng này.
Bảng4: Tần số hấp thu của Alkyne
Nhóm

Dao động

Tần số (cm-1)

Ghi chú

–C≡C–H

V=CH
δCH
VC≡C
VC≡C

3340 – 3300 (tb)
695 – 575
2140 – 2100 (y)
2260 – 2190 (y)

Có thể bị che bởi mũi NH hay OH
Hai mũi
Alkyne một nhóm thế
Alkyne hai nhóm thế, mũi chẻ do cộng
hưởng Femi, cường độ càng yếu khi tính
đối xứng càng cao (không xuất hiện khi
nối ba ở giữa mạch hoặc gần giữa mạch)

δC≡C
δC≡C

355 – 335
510 – 260
960 – 900
520 – 495
495 – 480

– C≡C–H
– C≡C–H

Acetylene
Alkyne thế
-–C–C≡C
R–C≡Cme
R–C≡Cet

DĐ hoá trị do mạch carbon
DĐ biến dạng do mạch carbon
DĐ biến dạng do mạch carbon

3.2 Tần số hấp thu của Alcohol và phenol:
Các vân hấp thu đặc trưng của hai hợp chất này do dao động hoá trị của liên kết –O–H
và – C – O – . Các vân hấp thu này chịu ảnh hưởng rất mạnh của liên kết hydrogen nội phân
tử và liên phân tử. Tần số hấp thụ thay đổi càng mạnh khi dao động hoá trị C – O và dao động
biến dạng O–H có sự kết hợp với những hydro liên tiếp (bảng 5 và 6).
8


Bảng5: Tần số hấp thu đặc trưng của alcohol
Nhóm

Dao
động

Số sóng (cm-1)

Ghi chú

–OH tự do (khí
hoặc DD thật
loãng)

VOH

3650 – 3590 (bđ)

δOH(tmp)

3640 – 3630
3625 – 3620
3620 – 3610
3460 – 3450
1410 – 1260 (m)

* Mũi hấp thu thường nhọn,cường độ
tăng dần theo Alcohol
thơm- Alcohol nhất, thẳng
- Alcohol nhị, thẳng
- Alcohol tam, thẳng
- Dạng R-O-H-O-C<
* DĐ biến dạng trong mặt phẳng (nhọn)
* DĐ biến dạng ngoài mặt phẳng(tù)

δOH(nmp)

700 – 600

VOH

3600 – 3200 (m)

–OH liên kết
hydro (DD đậm
đặc)

3300
3580 – 3480

* Thường tù: liên kết hydro càng mạnh,
số sóng càng giảm
- Alcohol thẳng
- Có liên kết hydrogen giữa nhóm O–H
và hệ thống pi của nhân thơm
* DĐ biến dạng trong mặt phẳng (tù)

δOH(tmp)

1500 – 1300

–OH liên kết
hydro nội phân tử
H2O kết tinh

VOH

3200 – 2500 (bđ)

VOH

H2O trong DD
H2O ẩm
C–OH

VOH
VOH
VC-O

3600 – 3100 (y)
1640 – 1615 (y)
3710
3500 – 3450
1205 – 1030 (m):
1065 – 1030
Alcohol nhất, thẳng
1125 – 1085
Alcohol nhị, thẳng
1205 – 1125
Alcohol tam, thẳng
(DĐ hoá trị C–O của ether,ester,acid và
anhydric carboxylic hấp thu mạnh trong
vùng từ 1300 – 1000 cm-1)

VOH của phenol, acid cũng ở vùng này,
bao trùm cả vùng hấp thu của vân VC–H.

Bảng 6: Tần số hấp thụ đặc trưng của phenol
Nhóm

Dao động

Số sóng(cm-1)

–OH

VOH

3620 – 3590
3650 – 3600

Ghi chú
 DD loãng, dung môi không phân
cực
 Có nhóm thế rút điện tử ở vị trí
9


3400 – 3230
3200 – 2500
720 – 600
δOH(nmp)
-C-OH

VC-O

1205 – 1030(m):

1255 – 1240, 1175
– 1150, 835 – 745
1320
1185
1300 – 1200

ortho ngăn cản tạo liên kết
hydrogen
 Mẫu lỏng, rắn hay DD đậm đặc
và không có nhóm thế rút điện tử
ở vị trí ortho
 Liên kết hydrogen nội phân tử
 Mẫu rắn hay DD có sự tạo liên
kết hydrogen mạnh (tù)

 Alkyl phenol (3mũi)
 phenol thế ortho (1 mũi)
 phenol thế meta (1 mũi)
 phenol thế para (1 mũi)

Dao động hoá trị của nhóm NH đôi khi cũng ở lẫn trong vùng của nhóm OH liên kết
hydro, nhưng vân NH thưởng nhọn ( vì tạo liên kết hydro yếu) và có cường độ yếu hơn vân
OH.
3.3 Tần số hấp thu của ether, epoxide và peroxide:
Các hợp chất ether, epoxide có chứa nhóm chức C–O–C, trong đó liên kết C–O có lực
liên kết và khối lượng thu gọn tương đương với liên kết C–C nên có các vân hấp thu xuất hiện
ở tần số rất gần với tần số của liên kết C–C và dễ gây ảnh hưởng lên nhau. Tuy nhiên, cường
độ của vân hấp thu C–O mạnh hơn nhiều so với cường độ của các vân hấp thu C–C. Các hợp
chất peroxide và hydroperoxide gồm hai dạng liên kết chính là liên kết C–O và liên kết O–
O.Các giá trị tần số hấp thu của các hợp chất trên được tóm tắt trong bảng 7.

Bảng 7: Tần số hấp thu đặc trưng của ether, epoxide và peroxide
Nhóm

Dao động

Số sóng (cm-1)

Ghi chú

–C–O–C
(ether)

VC-O-C(đx)

1270-1030(m):
1150 – 1060
1225 – 1200
1270 – 1030
1270 – 1230
1090
1470 - 1230

DĐ hoá trị đối xứng:
Ether thẳng, no
Ether thẳng, không no
Ether vòng
Ether thơm
Ether benzylic
DĐ hoá trị bất đối xứng, chịu ảnh
hưởng của nhóm gắn trực tiếp vào

nguyên tử oxy

VC-O-C(bđx)

–C–O–C
(epoxide)

Vvòng

1250

VC-O và

950 – 810

DĐ hoá trị bất đối xứng do sự ghép
10


VC-C(bđx)

C–O
(peroxide và
hydroperoxide)
O–O
(peroxide và
hydroperoxide)

cặp của liên kết C-O và C-C

VC-H

3060 – 2990

VC-O

1300 – 1000

VC-O

900 – 830

Dao động hoá trị C-H của vòng

Không xuất hiện ở peroxide đối
xứng

3.4 Tần số hấp thu của hợp chất carbonyl:
Vân hấp thu của nhóm carbonyl là một vân đặc trưng rất có ích khi nghiên cứu cấu trúc
vì có cường độ rất mạnh và xuất hiện trong vùng có tần số xác định (mũi hấp thu do dao động
hoá trị của C=O xuất hiện trong vùng từ 1870 – 1540 đối với andehyde, cetone, acid và ester
chịu ảnh hưởng của những mũi hấp thu khác không đáng kể). Nói chung, các yếu tố làm tăng
“liên kết đôi” của nhóm carbonyl sẽ làm tăng lực liên kết và do đó làm tăng tần số hấp thu và
ngược lại:
- Tăng một ít khi có một nhóm rút điện tử gắn vào nhóm carbonyl.
- Giảm một ít (khoảng 15 – 40cm -1) khi carbon α của nhóm carbonyl không no (trừ
amide).
- Giảm một ít (khoảng 40 – 60 cm-1) khi có một liên kết hydrogen liên hay nội phân tử.
- Giảm một ít khi nhóm carbonyl gắn vào vòng nhỏ(ví dụ cyclobutanone hay
cyclopropanone) so với vòng lớn.

Cường độ hấp thu của nhóm carbonyl ở acide mạnh hơn so với ester, ở ester mạnh hơn
so với cetone và aldehyde. Cũng cần lưu ý rằng vân hấp thu do dao động hoá trị của liên kết
C=O thường có một mũi họa tần cường độ yếu ở tần số khoảng 3500 – 3300 cm-1.
Cetone: Tần số hấp thu đặc trưng của một số cetone được trình bày bảng 8.
Bảng 8 Tần số hấp thu đặc trưng của cetone
Nhóm

Dao động

Tần số (cm-1)

C=O
(cetone thẳng
no hoặc vòng
lớn hơn 5
carbon)

VC=O

1765 – 1735 (m)
1745 – 1715 (m)
1725 – 1705 (m)
1700 – 1680 (m)
1700 – 1660 (m)
1750 – 1725 (m)
1765 – 1745 (m)

Ghi chú
Đo mẫu ở trạng thái hơi
DD loãng

Mẫu lỏng hay DD đậm đặc
Cetone thơm(nhiều nhân liên hợp)
Cetone α - ethylenic
Cetone α - halogen
Cetone α – dihalogen
11


1660
1690 – 1655
1435 – 1355

Orthoquinone
Parequinon (một hay hai mũi hấp thu)
Chịu ảnh hưởng của nhóm alkyl ở vị
trí carbon α:

1435 – 1405
1360 – 1355
630 – 629
540 – 510
1610 (m)

Nhóm methylen (-CH2-CO-)
Nhóm methyl (-CO-CH3)
Dạng –C–CO–C
Dạng –C–C=O
Rất mạnh

δC=O(tmp)

C=C
VC=C
(β-dicetone)
Aldehyde: Liên kết C=O có tần số dao động cùng nguyên tắc với cetone, nhưng cao hơn
một ít. Ngoài liên kết C=O, aldehyde còn có liên kết C – H (bảng 9).
Bảng 9: Tần số hấp thu đặc trưng của aldehyde.
Nhóm

Dao động

Tần số(cm-1)

Ghi chú

C=O

VC=O

C–H

δC=O (nmp)
VC-H

1740-1720 (m)
1715-1695 (m)
1705-1685 (m)
650-580 (m)

Aldehyde no

Aldehyde thơm
Aldehyde α-ethylenic
Aldehyde thơm
Gồm hai mũi, tần số thay
đổi theo mạch carbon và
ảnh hưởng của nhân
thơm:
Benzaldehyde (một mũi),
Aldehyde thơm (hai mũi)

δC=O (tmp)

2900-2860
2830-2810 và
2745-2720
1390

Có thể xuất hiện thêm
mũi ở 2870-2830 do hiệu
ứng Fermi

Anhydride acid: Ngoài hai mũi hấp thu đặc trưng do dao động hóa trị đối xứng và bất
đối xứng của hai liên kết C=O ghép trong hệ thống –CO–O–CO– trong anhydride acid, còn
có dao động hóa trị của nhóm chức C–O–C (bảng 10).
Bảng 10: Tần số hấp thu đặc trưng của anhydride acid
Nhóm

Dao
động

Tần số (cm-1)

Ghi chú

–CO–O–CO–

VC=O

1840-1800 và 1715-1695 (m)

Anhydride acid thẳng, no
12


(hai mũi)
1830-1780 và 1755-1710 (m)
1870-1820 và 1800-1750 (m)
C–O–C

VC-O

1185-980
1050-1040
1300-1210

Anhydride thơm hay không
no (hao mũi)
Vòng năm cạnh no.
Anhydride
ngắn.

thẳng,

mạch

Anhydride thẳng, mạch dài.
Anhydride vòng.

Carboxylic acid: Do có khả năng tạo liên kết hydrogen mạnh, acid carboxylic thường
hiện diện ở dạng nhị hợp (dimer) trong dung dịch đậm đặc. Phổ hồng ngoại của acid
carboxylic có hai mũi hấp thu đặc trưng: một mũi mở rộngdo dao động hóa trị của liên kết OH và một mũi của dao động hóa trị C=O, có cường độ mạnh hơn của cetone hay aldehyde
(bảng 11).
Bảng 11: Tần số hấp thu đặc trưng của carboxylic acid
Nhóm

Dao động

Tần số(cm-1)

Ghi chú

–CO–

VC=O

1725-1700 (m)
1760

Dimer
Monomer (giảm khi mạch carbon

càng dài)
Acid thơm hay acid α-ethylenic
(acid thơm có sự kết hợp nội phân tử
giữa nhóm COOH và nhóm OH ở vị
trí ortho làm giảm khoảng 50cm-1

1715-1680

–O–H
–CO–O

VOH
δ-CO-O

3300-2500
675-590
570-545

Acid thẳng, dài(n>3); mũi chẻ ba
Acid thơm

>C=CH–COOH
Carboxylate – COO-: Ion carboxylate có hai vân hấp thu do dao động hóa trị đối xứng,
bất đối xứng và một vân do dao động biến dạng (bảng 12).
Bảng 12: Tần số hấp thu đặc trưng của ion Carboxylate
Nhóm
–COO-

Tần số(cm-1)

Ghi chú

VC=O(đx)

1610-1550(m)

VC=O(bđx)
δ-CO-O

1690
172-1700
1450

Mũi đặc trưng, khi muối không có nhóm rút
điện tử.
Khi muối có nhóm rút điện tử, ví dụ CF3.
Mũi chẻ hai hay ba không có nhóm rút điện
tử).

Dao động

13


760-400

Khi muối có nhóm rút điện tử.

Eter và lactone: Tất cả các eter và lactone đều có mũi hấp thu đặc trưng bởi dao động
C=O và O-C. Dao động C=O chịu ảnh hưởng của cấu trúc hợp chất giống như cetone (bảng

10.13). Những δ- lactone và lactone vòng lớn (>=6) có tần số hấp thu của C=O tương tự eter.
Những lactone vòng nhỏ như ٕγ- lactone có tần số dao động tăng một ít.
Bảng 13: Tần số hấp thu đặc trưng của Eter và lactone
Nhóm

Dao động

Tần số(cm-1)

Ghi chú

–CO–

VC=O

C–O–C

VC-O

1750-1725(m)
1730-1705(m)
1800-1750
1770-1740
1780-1760
1820
1275-1185 và
1160-1050 (m)
1310-1250 và
1200-1100 (m)

Eter thẳng, no
Eter thơm hay không no
Aryl và vinyl ester
Ester có nhóm rút điện tử gắn vào C-α
Lactone năm cạnh
Lactone bốn cạnh
Ester thẳng (hai mũi)
Ester thơm hay không no

Halogenur acid: có dao động hóa trị C=O phụ thuộc vào loại halogen (bảng 14).
Bảng 14: Tần số hấp thu đặc trưng của Halogenur acid
Nhóm

Dao động

–CO–

VC=O

Tần số(cm-1)
1865-1840(m)
1615-1790(m)
1805-1795

Ghi chú
Acid thẳng no:
Fluoride acid
Chloride acid
Bromide và iodide acid( Acid thơm hay không
no giảm khoảng 25-45cm-1 so với acid no)

Một số hợp chất carbonyl khác. Ngoài các hợp chất đã kể trên, còn nhiều hợp chất
khác cũng có chứa nhóm carbonyl như amide – CO-N<, imide –CO-N-CO-, urea –N-CO-N,
Thioacid, Thioester… Bảng 15 cung cấp tần số hấp thu đặc trưng của một số hợp chất
carbonyl thông dụng khác.
Bảng 15: Tần số hấp thu đặc trưng của một số hợp chất carbonyl thông dụng khác
Hợp chất

Dao động

Tần số(cm-1)

Ghi chú
14


–CO–NH2
(amide bậc 1)

VC=O
VN-H
δNH
δO=C-N
Mạch carbon

–CO–NH–
(amide bậc 2)

VC=O
VN-H

δNH
δO=C-N
Mạch carbon

–CO–N<
(amide bậc 3)
–CO–N–CO–
(imide)
N–CO–N
(urea)

VC=O
δO=C-N
VC=O

–CO–NH–
(thioacid và
thioester)

VC=O

VC=O

1690
1650

3500-3400
3350-3200
1620-1590
1650-1625

700
1420-1400
1700-1670
1680-1630
3460-3300
3270-3100
1550-1510
1570-1515
700
1305-1200 và
700
1670-1630
700
1710 và 1700
1770 và 1700
1660
1640
1720
1720

DD
Rắn
DD loãng (hai mũi)
DD đậm đặc (hai mũi)
DD loãng (một mũi)
DD đậm đặc (một mũi)
Một hoặc nhiều mũi hấp thu
Một mũi
DD
Rắn

DD loãng (một mũi)
DD đậm đặc (hai mũi)
DD loãng (một mũi);chỉ có ở amide
mạch hở
DD đậm đặc (một mũi)
Một hoặc nhiều mũi hấp thu
Một mũi
DD và rắn
Vòng sáu cạnh
Vòng năm cạnh
RNH–CO–NHR
Vòng sáu cạnh
Vòng năm cạnh

3.5 Tần số hấp thu của hợp chất Nitrogen:
Các hợp chất chứa nitrogen bao gồm các amine, muối của amine, imine, amidine, nitrile,
isonitrile, cyanamine, diazo, muối diazinium bao gồm rất nhiều loại liên kết liên quan đến
nitrogen như liên kết N–H, >C=N–, >N–C=N–, – C C … có tần số hấp thu được tóm tắt
trong các bàng 16 và 17 (một số hợp chất khác cũng có chứa nitrogen nhưng vì còn có liên
kết C=O nên được xếp chung với nhóm hợp chất caebonyl và đã được giới thiệu tần số hấp
thu trong bảng 15).
Bảng 16: Tần số hấp thu đặc trưng của amine và muối của amine
Nhóm

Dao
động

Tần số(cm-1)

–NH2

VNH(bđx)

3500 (tb)

Ghi chú
DD loãng
15


(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) và
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) và
1550-1504 (m)
3130-3030 (tb)
1600(m) và
1500(m)
2700-2250 (tb)
1620-1560 (m)
3300-3100
1435-1428

DD đậm đặc (hai mũi;đối xứng và
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, nhất
Amine thơm, nhị
Amine thơm, tam
Vân mở rộng
DĐ biến dạng (hai mũi)
Đo ở thể rắn
DĐ biến dạng(hai mũi)
Vân mở rộng-đo ở thể rắn
DĐ biến dạng (một mũi)
Vân mở rộng
Một mũi

Bảng 17: Tần số hấp thu đặc trưng của 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

390-350
580-540

Ghi chú

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

liên hợp hay
đổi theo mạch
nối Pi liên hợp,
loại dạng –

16


VCN

Và 430-380

2175-2150
2150-2115

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 C–
(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
–N+–O– thơm
–N+–O– béo

VCN

Nitrile thơm (hai mũi)

Isonitrile thẳng
Isonitrile thơm(Isonitrile có mũi hấp
thu đặc trưng để phân biệt với nitrile ở
1595 cm-1)

Muối dạng rắn
Muối trong DD
Rất yếu hoặc không xuất hiện vì 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 của hợp chất chứa phosphor:
Bảng 18: Tần số hấp thu đặc trưng của 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 chú
Nhọn

Phorus oxide thẳng
Phorus oxide thơm
Phosphoric ester
Rộng
P-O-C thẳng
P-O-C thơm

3.7 Tần số hấp thu của hợp chất chứa lưu huỳnh:
Bảng 19: Tần số hấp thu đặc trưng của hợp chất chứa chứa lưu huỳnh

Nhóm
– S– H

Dao động
VS-H

Tần số(cm-1)
2600-2550 (y)

Ghi chú
Yếu hơn VO-H và ít bị ảnh hưởng bởi
17


(của imine)
>C=S
– CS– NH–
(Thioamide)

liên kết hydrogen
VC=S
VN-H
VC=S
δN-H
VS=O
VS=O

>S=O
>SO2
– SO2– O

1200-1050
3400
1300-1100 (m)
1550-1460 (m)
1060-1040 (m)
1370-1310 (m)
1180-1120 (m)
1420-1330 (m)
1200-1145 (m)

3150 cm-1 khi ở thể rắn

DĐ hóa trị bất đối xứng
DĐ hóa trị đối xứng

3.8 Tần số hấp thu của hợp chất chứa nối đôi liền nhau:
Bảng 20: Tần số hấp thu đặc trưng của một số hợp chất chứa nối đôi liền nhau
Nhóm

Dao động

O=C=O
Carbon dioxide
– N=C=O
Isocyanate

Tần số(cm-1)

Ghi chú

2349 (m)
2275-2250 (m) Rất mạnh; Vị trí không bị ảnh hưởng
bởi 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 và rất mạnh

1950 (tb)

Nhóm allen đầu mạch hoặc liên hợp
với nhóm hút electron thường có hai

vân

3.9 Tần số hấp thu của hợp chất chứa halogenur:
Bảng 21: Tần số hấp thu đặc trưng của một số hợp chất chứa halogenur
Nhóm

Dao động

Tần số(cm-1)

C– F

VC-F

1400-730:
1100-1000

Ghi chú
Monofluoralkane
18


CF2,CF3
– C– C– Cl

VC-F
VC-Cl

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 và 503
1270-1100
1096-1089
1078-1074
1057-1034
1073-1068
1073-1065
1042-1028
1061-1057

VC-F
VC-Cl (para)
VC-Cl (meta)
VC-Cl (ortho)
VC-Br (para)
VC- Br (meta)
VC- Br (ortho)
VC-I (para)

IV.

Thay đổi theo vị trí không gian của
halogenur trong phân tử
Dạng trans ziczac C-C-C-Cl
Dạng “Gốt”
Rất mạnh; có mũi họa tần khoảng 15101450 cm-1.

Mạch thẳng

Hai vân

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 hiện nay là loại tự ghi, hoạt động theo nguyên tắc như
sau: Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách ra hai phần, một đi qua mẫu (2) và một
đi qua môi trường đo (dung môi) (2’) rồi được bộ tạo đơn sắc (3) tách thành từng bức xạ có
tần số khác nhau và chuyển đến detector (4). Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và
chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dòng
điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại (5) tăng lên nhiều lần 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.

19


Hình 1: 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 Spectrometer-FTIR Spectrometer). Trong các máy này, người ta
dùng bộ giao thoa (giao thiết kế) Michelson thay cho bộ tạo đơn sắc.

Giao thoa kế Michelson là thiết bị tách chùm bức xạ thành hai thành phần có cường độ
bằng nhau rồi sau đó kết hợp trở lại thành bức xạ có cường độ thay đổi theo thời gian. Sự thay
đổi cường độ bức xạ này là do quãng đường đi của hai bức xạ bị tách ra không giống nhau.
Giá trị I(t) là hàm của hiệu số hai quãng đường đi nói trên. Giao thoa kế gồm một gương cố
định Mı, gương di động M2 (có thể di chuyển tịnh tiến trên một đường thẳng nằm ngang) đặt
vuông góc nhau và bộ phận chia chùm sáng S. Chùm bức xạ từ nguồn đi qua bộ phận tách S
chia thành hai chùm bức xạ vuông góc, một chùm đi đến gương cố định Mı còn một chùm đi
đến gương cố định M2. Khi gặp gương chúng phản xạ trở lại bộ phận tách S. Đến đây mỗi
chùm lại chia thành đôi, một nửa đi về nguồn còn một nửa đi qua mẫu đo đến detector. Như
vậy, chùm bức xạ đến mẫu đo gồm hai bức xạ nhập lại có thời gian trễ khác nhau nên cường
độ bức xạ thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào quãng đường d của bức xạ đến gương di
động M2 (H.2)

Hình 2: Cấu tạo giao thoa kế Michelson
Detector sẽ ghi nhận sự biến đổi cường độ bức xạ theo quãng đường d rồi chuyển thành
tín hiệu điện. Tín hiệu đầu tiên thu được dưới dạng hàm của điện thế V theo quãng đường
V=f(d), được máy tính dùng phép biến đổi Fourier chuyển thành hàm của cường độ I theo
nghịch đảo của quãng đường d ( tức d-1 hay số sóng v) :
V = f(d)→I = f(v)
20


So với máy hồng ngoại thế hệ cũ, máy hồng ngoại biến đổi Fourier (H.3) có rất nhiều ưu
điểm: việc sử dụng giao thoa kế cho phép khe sáng rộng hơn nên cường độ bức xạ vào
detector sẽ lớn hơn; tỉ lệ S/N tăng lên nhờ giảm được nhiễu; nhờ sử dụng máy tính, 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 3: 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 của các chất ở thể rắn, thể lỏng tinh khiết, trong DD
hoặc ở thể hơi.
Mẫu ở thể rắn:
Có ba cách đo khi mẫu ở thể rắn:
Nghiền nhỏ vài mg chất nghiên cứu với một vài giọt parafin lỏng (nujol) và ép phần thu
được giữa hai tấm NaCl. Để tránh các vân hấp thu mạnh của parafin ở 2950-2850 cm -1 và
1450-1350 cm -1 khi khảo sát sự hấp thu của các nhóm C-H, người ta có thể thay parafin bằng
hexachlor butadien.
Trộn mẫu thật đồng đều với KBr theo tỉ lệ 1:10 hoặc 1:100 rồi ép thành các viên mỏng
hầu như trong suốt bằng máy ép thuỷ lực. Do KBr có tính hút ẩm, trên phổ hồng ngoại
thường xuất hiện các vân hấp thu của nước ở 3450 cm -1 . Dùng KBr cũng cầu lưu ý đến khả
năng xảy ra phản ứng trao đổi cation hoặc anion trong trường hợp chất nghiên cứu là muối
hoặc phức chất vô cơ.
Đo phổ các chất rắn ở dạng màng lỏng bằng cách làm nóng chảy chất nghiên cứu hoặc
làm bay hơi dung môi DD chất nghiên cứu đối với các chất có khả năng tạo được màng.
Mẫu ở thể lỏng tinh khiết:

21


Khi mẫu ở thể lỏng tinh khiết, người ta có thể chuẩn bị mẫu bằng cách ép một giọt nhỏ
chất lỏng giữa hai tấm NaCl để có một màng mỏng dày khoảng 0,01-0,1mm, gọi là màng
lỏng.
Mẫu trong DD:
Hoà tan chất nghiên cứu bằng dung môi thành DD có nồng độ 1-5%. Cho DD và dung
môi nguyên chất vào hai cuvet có bề dày 0,1-1mm và bằng việc so sánh hai chùm tia đi qua
DD và dung môi có thể loại được vân hấp thu của dung môi. Dung môi không được phép hấp
thu quá 65% bức xạ chiếu vào vì cường độ bức xạ còn lại sẽ quá yếu. Ngoài ảnh hưởng do

bản chất của dung môi, cũng cần lưu ý đến bề dày của cuvet. Những dung môi thường được
sử dụng là CCl4, CHCl3, CH2Cl2, Cl2C=CCl2… Mặc dù vùng không hấp thu của CHCl3
hẹp hơn CCl4 nhưng khả năng hoà tan các chất của CHCl3 tốt hơn nên thường được sử dụng
nhiều hơn, đặc biệt là có thể đo DD đặc hơn trong các cuvet có bề dày nhỏ hơn. Các cuvet
thường có cửa sổ bằng NaCl, CaF2 hoặc AgCl thì cửa sổ sẽ bị đen sau một thời gian sử dụng.
Mẫu ở thể hơi:
Khi mẫu ở thể hơi, hơi sẽ được đưa vào một ống đặc biệt có chiều dài khoảng 10 cm với
hai đầu ống được bịt bằng các tấm NaCl.
Trong thực tế để phân tích các chất hữu 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 trên
sắc kí đồ mà ta 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
a. 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
hợp chất hữu cơ khác nhau gọi là Atlas phổ hồng ngoại). Nếu chất nghiên cứu chưa có trong
Atlas, người ta so sánh phổ của chất chuẩn theo ba giai đoạn sau đây:
So sánh phổ hai chất ở cùng nồng độ trong hai môi trường khác nhau ở hai trạng thái
khác nhau ( ví dụ, trong DD và trong các viên nén).
Ghi phổ các chất ở nồng độ đủ lớn để so sánh các vân có cường độ thấp.

22


So sánh cường độ các vân tương ứng với nhau.
b. Xác định cấu trúc phân tử:
Từ tần số của các vân phổ hấp thu cho phép kết luận sự có mặt của các nhóm chức trong
phân tử, nghĩa là số liệu hồng ngoại có thể giúp xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên
cứu. Mức độ chính xác của việc xác định cấu trúc phụ thuộc rất lớn vào độ tin cậy, chính xác
của các tần số vân hấp thu trên phổ hồng ngoại (các máy hồng ngoại thường được hiệu chỉnh
tần số bằng chất chuẩn polytyrol). Ngoài việc đề phòng các sai lệch vị trí vân phổ do máy, khi
tiến hành định tính bằng phương pháp này cũng cần lưu ý đến các hiệu ứng khả năng làm
dịch chuyển phổ về vùng khác cũng như phải loại trừ các vân hấp thu của dung môi….
c. Nghiên cứu động học phản ứng:
Việc nghiên cứu động học phản ứng có thề được kiểm tra bằng phương pháp phổ hồng
ngoại bằng cách ghi phổ hấp thu ứng với một miền phổ nào đó trong từng khoảng thời gian
thích hợp, nghĩa là sẽ ghi được trực tiếp đường cong biểu diễn sự thay đổi cường độ hấp thu
theo thời gian ở miền phổ đã chọn do sự tạo thành sản phẩm phản ứng hay mất đk tác chất
ban đầu.
d. Nhận biết các chất:
Trước khi ghi phổ hồng ngoại, nói chung ta đã có thể có nhiều thông tin về hợp chất
hoặc hỗn hợp cần nghiên cứu, như: trạng thái vật lý, dạng bên ngoài, độ tan, điểm nóng chảy,
điểm cháy, đặc biệt là lịch sử của mẫu.
Nếu có thể thì cần biết chắc mẫu là chất nguyên chất hay hỗn hợp. Sau khi ghi phổ hồng
ngại, nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ thì trước tiên nghiên cứu vùng dao động co giãn
của H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất vòng thơm hay mạch thẳng hoặc cả hai. Sau
đó nghiên cứu các vùng tần số nhóm để xác định có hay không có các nhóm chức.
Trong nhiều trường hựp việc đọc phổ (giải phổ) và tìm các tần số đặc trưng không đủ để
nhận biết một cách toàn diện về chất nghiên cứu, nhưng có lẽ là có thể suy đoán được kiểu
hoặc loại hợp chất.Cũng cần tránh khuynh hướng cố gắng giải và gán cho mọi đám phổ quan
sát thấy, nhất là những đám phổ vừa và yếu trong vùng phổ phức tạp.

Mỗi khi phát hiện một loại chất, người ta so sánh phổ của chất nghiên cứu với phổ của chất
nguyên chất tương ứng để có thể nhận định đúng.Hiện nay người ta đã công bố một số tuyển
tập phổ hồng ngoại của các chất và các tần số nhóm đặc trưng.
e. Xác định độ tinh khiết:
Phổ hồng ngoại được dùng để xác định độ tinh khiết của các chất. Khi thích hợp chất
không tinh khiết thì thường độ rõ nét của đám phổ riêng biệt bị giảm, sự xuất hiện thêm các
đám phổ sẽ làm "nhoè" phổ. Khi tạp chất có sự hấp thụ mạnh IR mà ở đó thành phần chính
không hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuân lợi.
Ví dụ có thể nhận ra một lượng nhỏ xeton trong hidrocacbon vì hidrocacbon thực tế
không hấp thụ vùng phổ - 1720cm-1 là số sóng đặc trưng cho nhóm C = O
23


Phương pháp này thường được dùng để kiểm tra sản xuất rất nhiều loại hoá chất ở quy mô
công nghiệp.
f. Suy đoán về tính đối xứng của phân tử:
Ví dụ xét xem phân tử NO 2 là phân tử gồm các nguyên tử thẳng hàng hay có cấu tạo uốn
võng. Thực tế cho thấy phổ hấp thụ IR của NO2 có 3 đám ở 750, 1323, 1616cm -1 (không
giống như CO2 chỉ có 2 đám phổ, nên phân tử NO2 phải có cấu tạo uốn võng.
h. Phân tích định lượng:
Khả năng ứng dụng phổ hồng ngoại như là một ngành của phân tích định lượng phụ
thuộc trang thiết bị và trình độ của các phòng thí nghiệm. Ngày nay, sự ra đời của các máy
quang phổ hồng ngoại hiện đại, sự tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu làm cho việc phân tích định lượng
càng thêm chính xác và do đó mở rộng được phạm vi phân tích định lượng.
Về nguyên tắc, việc phân tích định ượng theo phương pháp phổ hồng ngoại dựa vào định
luật cơ bản của Lambert – Beer:
A=lg(Io/I)=abc
 A: Độ hấp thụ tia IR
 Io: Cường độ bức xạ trước khi qua mẫu, I: cường độ bức xạ sau khi
qua mẫu.

 a: Hệ số hấp thụ, b: bề dày của mẫu.
 c: Nồng độ chất nghiên cứu.
Thực tế, người ta chỉ xác định nồng độ của một trong các nhóm chức của hợp chất cần
phân tích.
Ví dụ: có thể xác định nồng độ của hexanol theo độ hấp thụ của liên kiết O-H.
Về thực nghiệm, có 2 cách xác định độ hấp thụ A.
- Phương pháp đường chuẩn:
Ví dụ: Xác định một chất ở dạng dung dịch.Chọn số sóng thích hợp, cho dung dịch cần
đo vào cuvét. Chỉ số độ đo trên máy tỷ lệ với I. Lại cho dung môi nguyên chất vào Cuvet. Lần
này chỉ số đo được tỷ lệ với Io.Theo hệ thức trên, xác định được A tương ứng với nồng độ C.
Ở những máy hiện đại, giá trị A được tính và ghi trực tiếp. Từ các nồng độ khác nhau đã biết,
đo các giá trị A tương ứng, vẽ đồ thị A - C.Sau đó với nồng độ cần xác định, cũng đo A như
trên rồi theo đồ thị chuẩn mà tìm C.
-

Phương pháp đường nền:

Có khi giá trị A cho trực tiếp trên máy.Nếu hỗn hợp có nhiều thành phần có các đám phổ
xen phủ nhau thì để tìm nồng độ của từng thành phần phải giải hệ phương trình nhiêu ẩn
(tương tự như ở phương pháp phổ điện tử).
24


Kết quả thu được theo phương pháp phổ hồng ngoại bị những hạn chế sau:
+ Cuvet đựng mẫu thường làm bằng NaCl, KBr rất mềm, dễ bị biến dạng, do đó bề dày
của mẫu (giá trị b) có thể thay đổi từ mẫu này sang mẫu khác. Cuvét cũng có thể bị tác động
hoá học của dung môi. Do đó dẫn đến sai số trong phép đo. Sai số của phép đo cũng còn do
những nguyên nhân khác.
+ Do hiệu ứng tập hợp của các phân tử chất hoà tan có thể dẫn đến sự 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 năng
đo được những đám phổ có tần số rất hẹp.
Mặc dù phương pháp phổ dao động là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất để
xác định các chất về định tính cũng như định lượng, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu
khoa học cũng như trong kiểm tra công nghiệp, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất
định:
+ 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 về các vị trí tương đối của các nhóm
chức khác nhau trên một phân tử.
+ Chỉ riêng phổ hồng ngoại thì đôi khi chưa thể biết đó là chất nguyên chất hay chất hỗn
hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau.

V.

ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM:

Quang phổ hồng ngoại (IR) đã được xem là kỹ thuật phân tích được ứng dụng nhiều trong
phân tích thực phẩm. Kỹ thuật này được coi là sạch và tốt vì không sử dụng hoá chất, không
có vấn đề về sức khoẻ và an toàn.
IR phân tích dư lượng axit amin trong protein, đánh giá chất lượng của chất béo, protein
thành phần của các sản phẩm sữa và hạt. Phân biệt giữa bột cá, bột thịt, bột đậu nành có trong
mẫu. phân tích thành phần hóa học các sản phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo,
thịt bò.
Phương pháp quang phổ IR dễ dàng thực hiện và rất hữu ích trong việc loại bỏ các nguyên
liệu, sản phẩm thực phẩm mà ta nghi ngờ không đạt chất lượng.
PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH
Phần lớn các ứng dụng của IR bao gồm các phân tích các thành phần chính như nước,
protein, chất béo hoặc đường.
5.1

Nước:
Việc đo độ ẩm có thể là một trong những ứng dụng chính của pp NIR.

Nước tinh khiết có dải hấp thụ mạnh tại 970, 1190, 1440 và 1940 nm . Sóng dao động
mãnh liệt, cao nhất tại 1940 nm. Nó là sự kết hợp rung động của các sóng có tần số cao thấp
khác nhau. Các sóng tại 970 và 760 nm tương ứng là những dao động thứ hai và thứ ba của
các rung động kéo dài.
25