[发明专利]受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法

摘要

本发明公开了一种受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法，该方法需要先采集纯水的拉曼和红外光谱作为参考，然后再用同样实验条件测量通过不同外界激励处理含有氢键的样品的光谱。在对特征峰扣除背景并且面积归一化处理后，减去参考谱，从而得到样品中O:H非键和H-O共价键长度和能量的即时信息。谱线的形状以及位移则依赖于样品的极化程度，其决定了物质的疏水性，亲水性，极化，溶解度，黏度等特性。该方法适用于对水溶液，血液，体液，尿液，奶制品，食品，药物以及水/蛋白质，疏水/亲水界面等液相和固相体系。

主权项

受激氢键分段长度和能量的声子计量谱学测定方法，其特征在于，该方法包括声子微分计量谱分析和配位选区声子微分计量谱分析两步，具体步骤如下：一、声子微分计量谱分析：1)用拉曼光谱仪测量50–4000cm^‑1频率范围或用红外光谱仪测量400–4000cm^‑1频率范围内常温常压下去离子水的声子谱，作为参考谱；2)相同测试条件下，测量待测样品相应的光谱，获得样品谱；3)将得到的所有光谱扣除背景后分别进行面积归一化处理；4)当待测样品中溶质的光谱与水的光谱无重叠部分时，将经3)处理后的样品谱减去对应的参考谱，得到该样品的声子微分谱；当待测样品中溶质的光谱与水的光谱有重叠部分时，则先从经3)处理后的样品谱中扣除溶质信号的影响后再减去对应的参考谱，得到该样品的声子微分谱；所述的扣除溶质信号影响采用如下公式：ΔI＝I_样品谱‑[xI_溶质+(1‑x)I_去离子水]其中，x为待测样品中溶质的摩尔分数，ΔI为扣除溶质信号的影响后该样品的声子微分谱的信号强度，I_样品谱为样品谱的强度，I_溶质为实验测量的不含水的溶质的光谱强度，I_去离子水为实验测量的去离子水的光谱强度；5)根据非对称耦合双振子氢键理论以及频率和氢键分段长度及能量的关系初步分析受激氢键弛豫情况：在声子微分谱中出现X轴以上的谱峰，则表示待测样品相对于纯水而言，外界激励引起对应水的特征增加，而如果出现X轴以下的波谷，则表示外界激励引起对应水的特征减少；声子微分谱谱峰和波谷的面积值代表外界激励引起的特征强度增加和减弱的程度；通过计算声子微分谱中声子频移，直接确定待测样品中O:H非键和H‑O共价键键能和键长的变化趋势：如果H‑O共价键或O:H非键频移为正，则表示该分段频率升高，对应的键长变短，键能增大；反之亦然；计算声子微分谱峰宽，该值表示水的极化程度；二、配位选区声子微分计量谱分析：1)在上述声子微分计量谱分析的基础上，将归一化处理后的参考谱和样品谱的2800‑3800cm^‑1频段分解成三个高斯峰，分别对应于块体水组分、水合层组分和H‑O悬键组分；2)用样品谱的三个高斯峰分别减去参考谱的相应组分高斯峰，得到配位选区声子微分谱；3)根据非对称耦合双振子氢键理论以及频率和键长度和能量的关系分析各组分中受激氢键弛豫情况：当样品谱的某一高斯峰相对于参考谱相应高斯峰蓝移，则表示对应组分中氢键键长变短，键能增大，反之亦然；且可通过频率变化值计算对应组分中氢键键长、键能的变化量，公式如下：${\mathrm{\Δ\ω}}_x\∝\frac{\sqrt{E_x/P}}{d_x}=\sqrt{Y_x{d}_x/\mathrm{\μ}}$其中，Δω_x为声子振动频率偏移,x＝L或H，分别对应水溶液拉曼光谱中O:H拉伸振动模式，频率范围50‑250cm^‑1和H‑O拉伸振动模式，频率范围2800‑38000cm^‑1，μ为体系的约化质量,E_x为键能，Y_x为弹性模量，d_x为键长；计算配位选区声子微分谱中半峰宽的变化，表示对应组分的极化程度；当配位选区声子微分谱中x‑轴上方出现波峰，则表示样品中该组分增加；计算波峰积分面积变化量，表示外界激励引起的该组分声子丰度变化的程度；当配位选区声子微分谱中x‑轴下方出现波谷，则表示样品中该组分减少；计算波谷积分面积变化量，表示外界激励引起的该组分声子丰度变化的程度。