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振动圆二色光谱仪阅读:37

振动圆二色光谱仪是专门用于研究手性物质分子构型及光学活性的分析仪器,通过同步采集红外光谱和振动圆二色光谱实现立体化学分析。

优点

  1.无需结晶

  不同于X射线衍射,VCD可直接测量溶液态样品,适用于难结晶化合物。

  2.确定绝对构型

  结合量子化学计算(如DFT),可高置信度确定手性中心的绝对立体构型。

  3.提供构象信息

  能反映分子在溶液中的优势构象及氢键、溶剂效应等。

  4.非破坏性

  样品可回收,适合珍贵天然产物或药物分子。

  5.互补性强

  与电子圆二色(ECD)、核磁(NMR)、XRD等方法互为验证。

缺点

  1.信号极弱

  需长时间扫描(数小时)和多次累加以提高信噪比。

  2.仪器昂贵

  高端FTIR+PEM+低温探测器系统成本高(通常>100万元人民币)。

  3.对样品要求高

  需较高纯度和浓度;溶剂需在测量窗口透明(常用CDCl3、DMSO-d6等)。

  4.依赖理论计算

  实验谱图必须与量子化学模拟对比才能解析,计算成本较高。

  5.水干扰严重

  H2O在红外区有强吸收,限制生物水溶液体系的应用(可用D2O替代部分缓解)。

技术特性

  1.光学系统

  采用双光源(氙灯/汞氙灯)提升信噪比

  全反射光学设计避免大气干扰,支持自动校准

  配备28度入射角干涉仪提升检测精度

  2.检测能力

  同步采集红外与振动圆二色光谱

  基线漂移控制:×10-5ABU,稳定性/hr

  支持固体样品DualPEM升级技术

测定步骤

  1.仪器校准

  使用标准溶液对仪器进行校准,以确定左旋和右旋圆偏振光的吸收波长和强度。这是为了确保后续测量的准确性。

  2.样品制备

  将待测样品溶解或制备成溶液形式,以便进行圆二色光谱分析。选择合适的溶剂至关重要,需保证溶剂不会干扰VCD测试,或者其影响可通过后续数据处理消除。对于固体样品,可采用压片、固体膜或喷涂薄膜等形式;若为溶液小分子样品,常用比色池光程为100μm,典型溶剂包括CCl2、CDCl2、DMSO-D2等。

  3.样品测定

  把制备好的样品溶液注入样品室,启动光源后,检测器开始检测样品对不同偏振光的吸收差异。在特定温度下,通过改变光的偏振状态来获取相关数据。例如,对于固体测试,应使用旋转样品支架以消除因双折射等造成的VCD假信号。

  4.数据采集

  记录检测器输出的电信号,从而得到样品的圆二色谱图。该图谱反映了样品在不同波长下的光学活性特征。

  5.数据处理与分析

  先消除背景噪声和其他干扰因素,再利用专门软件对谱线进行去卷积处理,获得各振动模式的强度和频率。最后将结果与理论模型比较,推断出样品的结构及动态信息。如判定未知构型的样品时,将其测得的VCD测试谱与预设绝对构型经量化计算得到的VCD计算谱对比,若两者对应,则可确定未知构型为预设构型。

基本原理

  VCD基于以下物理现象:

  手性分子对左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)在红外区域的吸收存在微小差异。

  这种差异定义为VCD信号:ΔA=AL-AR

  其中AL和AR分别为左、右旋圆偏振光的吸光度。

  同时记录常规的红外吸收光谱(IR)和VCD信号,可获得分子振动模式的手性信息。

  VCD信号非常微弱(通常为IR信号的10-4~10-6量级),因此需要高灵敏度、高稳定性的光学系统和信号处理技术。

应用领域

  1.天然产物化学

  确定新分离手性天然产物(如生物碱、萜类)的绝对构型。

  2.药物研发

  区分对映异构体(enantiomers),评估手性药物的立体纯度与活性构型。

  3.不对称合成验证

  快速确认催化反应产物的立体选择性结果。

  4.蛋白质与多肽二级结构研究

  虽不如ECD常用,但在特定酰胺I/II振动区可提供补充信息。

  5.超分子手性

  研究自组装体系、手性液晶或聚合物的手性传递机制。

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