【摘要】 常规的红外分析中，大家会遇到各种各样的水，那她们之间会擦出怎样的火花？

常规的红外分析中，大家会遇到各种各样的水

 

可能是这样的液态水溶剂峰

 

 

当然，也可能是空气大气背景中的水蒸气吸收峰

 

当然，也可能是重水的红外光谱

 

那么这么多水，有什么区别吗？

为什么一个水的吸收峰也能百媚千娇，千变万化呢？

 

这还要从分子的相态和氢键说起。

 

红外光谱作为一种分子振动光谱，一般能改变分子振动状态的条件都会引起分子的红外光谱变化，例如相态改变或氢键作用。

 

液态水中，水分子间会以氢键的形式结合，因此液体水中分子团大，不会出现分立的振-转光谱，而会出现宽峰，例如3400cm-1左右的宽峰。部分样品会自发吸水。当样品中含有少量水时，虽然也会形成分子间氢键，但受样品的吸引作用和空间位阻影响，水的分子团比较小，会在3600 cm-1以上出现一些毛刺峰。

 

大气中水蒸气，一部分以单个自由水分子存在，部分水分子以氢键的形式结合；基于气相和液相间水分子的分子间作用力差异，水的化学环境也不同，综合以上两点，气态水和液态水的红外光谱又存在很大的差异。

 

同样的，重水中D和普通水中H的原子大小不同，同样也会使D-O和H-O的振动频率产生一定的差异。

 

那么不同的水，对我们日常的红外光谱分析又有哪些影响呢？

 

首先，针对气态水。

 

常规测试，会考虑通过扫描背景扣除大气中水蒸气的影响；

在TG-FTIR或原位红外中，可以根据气态水的吸收峰来判断是否有水生成。

 

其次，针对样品中的含有的少量水。

 

如果不进行水和样品中分子链间氢键的相互作用，我们可以通过烘干的手段，去除样品中少量水的影响。

但研究水与材料间氢键作用时，相应的操作步骤就要慎重处理。在案例中我们给出了相关文献，感兴趣的同学可以下载阅读。

 

最后，对于样品中的溶剂水。

 

有的样品中溶质含量较多，水峰与目标峰不存在相互掩盖时，可以带水进行测试。

 

当然，能带水测试的样品可能只是少数情况。由于水的吸收峰强，一般都会掩盖大量溶质吸收峰的信号。

 

对于一些一定要用水做溶剂的样品，例如蛋白质类样品，我们可以考虑用重水替代水做溶剂。这是由于蛋白质类样品的主要吸收峰酰胺I带和酰胺II带在1400~1700cm-1出峰，而D2O在该波段吸收峰较弱，对蛋白质的特征吸收峰影响较小。

 

当然，水一定是红外光谱的克星吗，带水测试一定会影响分析结果吗？

 

其实并不是，用水做溶剂来研究红外光谱有前沿课题也有很多前沿课题，例如氢键作用和二维红外，这里给大家提供了三个案例。

 

案例一：高分子材料中水的结构和氢键作用

（Krzysztof Piechocki, Marcin Kozanecki, Jakub Saramak, Water structure and hydration of polymer network in PMEO2MA hydrogels, Polymer, Volume 210, 2020, 122974）

 

 

案例二：基于二维红外研究水的扩散

（Wenji Guo, Jianbo Chen, Suqin Sun, Qun Zhou, Investigation of water diffusion in hydrogel pore-filled membrane via 2D correlation time-dependent ATR-FTIR spectroscopy, Journal of Molecular Structure, Volume 1171, 2018, Pages 600-604）

 

 

案例三：同一物质在不同含水量下的红外光谱

（Oleg V. Ovchinnikov, Anna V. Evtukhova, Tamara S. Kondratenko, Mikhail S. Smirnov, Vladimir Yu. Khokhlov, Oksana V. Erina, Manifestation of intermolecular interactions in FTIR spectra of methylene blue molecules, Vibrational Spectroscopy, Volume 86, 2016, Pages 181-189）

 

 

最后，指南针常规测试都建议大家样品不要含水，但对于有特殊红外分析需求的客户，可以咨询数据分析的张老师，她能给大家的光谱分析打开一个新世界的大门。

 

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