BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
----------
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
MÔN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM
Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG
TRONG THỤC PHẨM
GVHD : Nguyễn Khắc Kiệm
Lớp Học Phần: 210502002
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011.
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
----------
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
MÔN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM
Đề Tài: PHƯƠNG PHÁP PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG
TRONG THỤC PHẨM
SVTH:
1. Trần Anh Duy 09094891
2. Tống Quốc Huy 09069521
3. Từ Tôn Quý 09081961
4. Tôn Thất Thắng 09076751
5. Lê Thị Tiễn 09081621
6. Trần Minh Hoàng Vũ 09082321
7. Tô Thị Xuân 09074941
GVHD : Nguyễn Khắc Kiệm
Lớp Học Phần: 210502002
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011.
2
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm

..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................
3
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
MỤC LỤC
A. Lời mở đầu..................................................................................................................................6
B. NỘI DUNG.................................................................................................................................7

4.3.4 Nhận biết các chất:...................................................................................................................44
4.3.5 Xác định độ tinh khiết:..............................................................................................................44
4.3.6 Suy đoán về tính đối xứng của phân tử:..................................................................................44
4.3.7 Phân tích định lượng:...............................................................................................................44
e. ỨNG DỤNG PHỔ HỒNG NGOẠI TRONG THỰC PHẨM:.....................................................................46
PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH......................................................................................................46
5.1 Nước: .........................................................................................................................................46

5.2 Protein :.......................................................................................................................................47
5.3 Lipid: ............................................................................................................................................48
5.4 Glucid:..........................................................................................................................................48
5.5 Chất xơ :.......................................................................................................................................48
5.6 một số ứng dụng khác:................................................................................................................48
f. NHỮNG LOẠI MÁY QUANG PHỔ TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY:......................................................50
6.1 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier:...........................................................................50
6.2 Máy quang phổ hồng ngoại gần (FT-NIR):.................................................................................51
C. KẾT LUẬN...............................................................................................................................52
D. TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................52
5
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
A. Lời mở đầu
Hóa học phân tích là một phần của khoa học hóa học, phân tích thực phẩm là một
bộ môn thuộc phân tích các mẫu, đặc biệt là các mẫu thực phẩm cho phép ta xác định
nhanh chóng các mẫu phân tích chứa hàm lượng rất nhỏ với độ chính xác cao. 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.

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 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

-1
).
2.1 Điều kiện hấp thụ bức xạ hồng ngoại:
Không phải bất kỳ phần tử nào cũng có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Mặt khác bản thân sự hấp thụ đó cũng có tính chất chọn lọc. Để một phần tử có thể hấp
thụ bức xạ hồng ngoại, phân tử đó phải đáp ứng các yêu cầu sau:
* Độ dài sóng chính xác của bức xạ:
Một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của
một phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử tạo thành phân tử đó)
dao động cùng tần số của bức xạ tới.
Ví dụ: Tần số dao động tự nhiên của phân tử HCl là 8,7.10
13
s
-1
Ứng với:
1
10
13
2890
10.3
107,8
−
==
cm
x
ν
Thực nghiệm cho thấy rằng khi cho các bức xạ hồng ngoại chiếu qua mẫu HCl và
phân tích bức xạ truyền qua bằng một quang phổ kế hồng ngoại, người ta nhận thấy
rằng phần bức xạ có tần số 8,7.10
13

2
v.v… không xuất hiện phổ hấp thụ hồng ngoại. Đó cũng là một điều may mắn, nếu
không người ta phải đuổi hết không khí ra khỏi máy quang phổ kế hồng ngoại. Tuy
nhiên trong không khí có CO
2
và hơi nước (H
2
O) có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại
nhưng điều này có thể bù trừ được bằng thiết bị thích hợp.
2.2 Sự quay của phân tử và phổ quay:
Xét phân tử AB được tạo thành từ hai nguyên tử A và B có khối lượng m
1
và m
2
,
xem khối lượng m
1
và m
2
đặt tại tâm của hai hạt nhân với khoảng cách của hai nhân là
r
0
. Hai nguyên tử được xem là nối cứng vào nhau và được gọi là một “ quay tử cứng”.
Dưới dạng quay tử cứng, phân tử có khả năng quay xung quang những trục đi qua trọng
tâm của hệ, cách các tâm hạt nhân các khoảng r
1
và r
2
.
Hình 1: Mô hình quay tử cứng phân tử hai nguyên tử

µ
(2)
9
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
Sự quay của quay tử cứng được xem tương đương với sự quay của khối lượng rút
gọn µ đặt cách trục quay một khoảng r
0
. Theo cơ học lượng tử, năng lượng chuyển động
quay của phân tử hai nguyên tử được xác định bằng biểu thức:
)1(
8
2
2
+=
JJ
I
h
E
q
π
(3)
J là số lượng tử quay, có giá trị bằng không hoặc nguyên dương ( J= 0,1,2,3…).
Đại lượng (h/8π
2
I) được gọi là hằng số quay và được kí hiệu là B. Biểu thức (3) trở
thành:
)1(
+=
JhBJE
q

10
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
phép xác định khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên tử và góc giữa các liên kết đối với
các phân tử đơn giản, momen lưỡng cực điện của nhiều phân tử…
Phổ vi sóng cho độ chính xác cao hơn nhiều so với phổ hồng ngoại xa, nhưng việc
nghiên cứu trong vùng phổ vi sóng gặp phải hai hạn chế:
Thứ nhất, mẫu phải được chuyển thành trạng thái khí với áp suất không dưới
10
-3
mmHg
Thứ hai, để hấp thu bức xạ vi sóng, phân tử phải có momen lưỡng cực ở trạng thái
cơ bản, bởi vì sự quay tự nó không tạo ra được momen lưỡng cực. Để nghiên cứu những
phân tử không có momen lưỡng cực như O
2
, N
2
… người ta dùng phổ quay khuyếch tán
tổ hợp.
Các phổ quay thực nghiệm cho thấy các khoảng cách (2B, 4B…) giữa các vạch
không hoàn toàn bằng nhau, do phân tử khi quay thì khoảng cách giữa hai nguyên tử
cũng dao động cách xa nhau chứ không cố định như giả thiết tính toán.
2.3 Phổ dao động quay của phân tử hai nguyên tử:
Sự xuất hiện của quang phổ dao động:
Dao động của phân tử gồm hai nguyên tử là dao động giãn và nén dọc theo trục
liên kết của hai nguyên tử, được gọi là dao động giãn (stretching) hay dao động hoá trị.
Kết quả của dao động này là làm thay đổi độ dài liên kết của các nguyên tử trong phân
tử.
Trước hết chúng ta cũng xét trường hợp phân tử AB được tạo thành từ hai nguyên
tử A và B. A và B được xem như hai quả cầu khối lượng m
A

=
(6)
Với µ là khối lượng thu gọn của hai quả cầu nối trên
Biểu thức trên cho thấy dao động sẽ có tần số càng cao nếu hằng số lực liên kết k
càng lớn và khới lượng thu gọn µ càng nhỏ. Khi đồng nhất dao động tự nhiên của phân
tủ gồm hai nguyên tử theo mô hình hai quả cầu nói trên, biểu thức (6) trở thành:
µπ
k
v
m
2
1
=
Trong đó:
v
m
- tần số do dao động tự nhiên của phân tử.
k - lực liên kết giữa hai nguyên tử.
µ - khối lượng thu gọn của phân tử.
Mặt khác khi các dao động tử thực hiện dao động, dưới tác dụng của lực hồi phục
F thì nó sẽ có thế năng E
r
:
)(
o
r
rrkrk
dr
E
F

giá trị r
o
từ một giá trị cực đại r
max
đến một giá trị cực tiểu r
min
. Ở hai giá trị giới hạn đó
thế năng E
r
của hệ bằng năng lượng toàn phần do dao động E
dđ
. Theo cơ học lượng tử,
năng lượng toàn phần E
dđ
chỉ có thể nhận một dãy các giá trị gián đoạn:
Hình3: a) Đường cong thế năng và các mức năng lượng dao động của phân tử hai
nguyên tử dao động điều hoà
b) Phổ dao động trong trường hợp dao động điều hoà
mrdđ
hvnEE )
2
1
(
+==
(9)
n: số lượng tử dao động ( n = 0,1,2,3…)
Ở trạng thái dao động thấp nhất ( n = 0), dao động của phân tử vẫn có năng lượng:
E
0
= E

không đều hoà ( khi số lượng tử n càng tăng, các mức năng lượng càng sít gần vào nhau.
Dao động không điều hoà cũng không tuân theo qui tắc chọn lọc ∆n = ± 1 mà mọi sự
chuyển mức năng lượng khác nhau ( ± 2, ±3…) đều có thể xảy ra. Tuy nhiên, khi n
càng tăng thì xác suất chuyển sẽ càng giảm tức cường độ vân hấp thu tương ứng sẽ
càng yếu. Phổ dao động của phân tử hai nguyên tử không phải chỉ gồm một vạch duy
nhất mà là một tập hợp nhiều dãy vạch, mỗi dãy vạch ứng với sự chuyển dịch của phân
tử từ một mức dao động xác định đến những mức khác. Vạch hấp thu:
- Tương ứng với sự chuyển mức ( 01) gọi là vạch cơ bản.
- Tương ứng với sự chuyển mức ( 02) là vạch hoạ tần thứ nhất ( có số sóng ≈ 2
số sóng vạch cơ bản).
- Tương ứng với sự chuyển mức (0 3) là vạch tần thứ hai ( có số sóng ≈ 3 số
sóng vạch cơ bản).
Hình 4: đường cong thế năng và các mức năng lượng dao động của phân tử hai nguyên
tử dao động không điều hoà.
14
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
Quang phổ dao động quay ( phổ hồng ngoại):
Khi phân tử hấp thu bức xạ hồng ngoại thì phổ thu được không chỉ là phổ dao
động không điều hoà mà còn là phổ dao động quay, do khi năng lượng của bức xạ đủ
lớn để kích thích các trạng thái dao động thì nó cũng làm thay đổi cả trạng thái quay.
Kết quả là “ vạch” hấp thu phổ ứng với quá trình dao động không phải là một vạch duy
nhất mà bao gồm nhiều tập hợp vạch nhỏ là đám vạch có tần số V = V
dd
+ V
q
còn chính
vạch có tần số V
dd
thì lại không xuất hiện.
Các máy quang phổ có độ phân giải kém không cho thấy các vạch riêng lẻ của đám

bđx
( khi một liên kết dài ra trong khi liên kết kia ngắn lại).
Với dao động biến dạng, người ta còn phân biệt biến dạng trong mặt phẳng δ
tmp
( sự thay
đổi góc liên kết xảy ra trong cùng mặt phẳng) với biến dạng ngoài mặt phẳng δ
nmp
( sự
thay đổi góc liên kết xảy ra không cùng mặt phẳng).
15
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
Hình 5: Các kiểu dao động trong phân tử nước
a) dao động hoá trị đối xứng
b) dao động hoá trị bất đối xứng
c) dao động trong mặt phẳng
Để minh hoạ, ta xét phân tử gồm ba nguyên tử không thẳng hàng, ví dụ H
2
O số dao
động cơ bản trong phân tử H
2
Olà 3 x 3 - 6 = 3 bao gồm dao động hoá trị đối xứng V
OH
(đx)
dao động hoá trị bất đối xứng V
OH(bđx)
, biến dạng trong mặt phẳng δ
OH(tmp)
(Hình 1).
Phổ hồng ngoại của hơi nước có hai vân gần nhau (3756 và 3652 cm
-1

vùng tần số hẹp dưới dạng một vân phổ chung . Để bớt phức tạp người ta sử dụng khái
niệm “dao động nhóm” bằng cách xem một vài dao động của các liên kết riêng rẽ hoặc
các nhóm chức là độc lập đối với các dao động khác trong toàn phân tử và gọi là dao
động định vị. Ví dụ như nhóm metylen > CH
2
gồm các kiểu dao động đối xứng V
CH(đx),
dao động bất đối xứng V
CH(bđx)
, dao động kéo, dao động xuắn , dao động quạt … Các
nhóm NH
2 ,
CCl
2
… cũng có các kiểu dao động tương tự. Theo quan niệm dao động
nhóm, những nhóm nguyên tử dao động giống nhau trong các phân tử có cấu tạo khác
nhau sẽ có dao động thể hiện định vị thể hiện ở những tần số hay sóng giống nhau goi là
16
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
tần số đặc trưng nhóm hay số sóng đặc trưng nhóm, có sóng dao động hóa trị lý thuyết
được xác định từ hệ thức sau đây:
u
k
c
V
π
2
1
=
(10)

-1
chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X:O, N,
C, S, P…); vùng từ 2400-1900 cm
-1
gồm các vân do dao động hóa trị của các nhóm
mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau: vùng 1900-1500cm
-1
chứa các vân dao
động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và do dao động biến dạng của nhóm –
NH
2
.
Vùng phổ từ 1500-700 cm
-1
, mặc dù có chứa các vân hấp thu đặc trưng cho dao
động hóa trị của các liên kết đơn như C-C, C-N, C-O…và các vân do dao động biến
dạng của các liên kết C-H, C-C…nhưng thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử
hơn là để xác định các nhóm chức, vì ngoài các vân hấp thu trên còn có nhiều vân hấp
thu xuất hiện do tương tác mạnh giữa các dao động. Các vân hấp thu này đặc trưng cho
chuyển động của các đoạn phân tử chứ không thuộc riêng nhóm nguyên tử nào, và vì
vậy, vùng phổ này thường được gọi là vùng chỉ vân tay. Vùng phổ từ 650-250cm
-1
cung
cấp các thông tin có giá trị đối với hợp chất vô cơ và phức chất, vì chứa các vân phổ liên
quan đến dao động hóa trị của C-Br, C-I và M-X (M- kim loại; X: O, N, S, C…), nhưng
không phải máy hồng ngoại nào cũng đo được ở vùng này.
Các nhóm chức, nhóm nguyên tử và liên kết trong phân tử có các đám phổ hấp thụ
hồng ngoại đặc trưng khác nhau:
* Trong vùng hồng ngoại gần (NIR):
17

Trong khoảng 4000 – 2500 cm
-1
sự hấp thụ đặc trưng cho dao động co giãn của H với
các nguyên tố khối lượng < 19.
Phần chủ yếu trong phổ giữa 1300 và 650 cm
-1
, là các tần số co giãn của liên kết
đơn và tần số các dao động uốn (các tần số bộ khung) của hệ nhiều nguyên tử. Đó là
vùng "nhận dạng" "(vùng "dấu vân tay"). Vùng phổ này hết sức đa dạng , khó cho việc
nhận biết riêng rẽ các đám phổ một cách chắc chắn, nhưng kết hợp các đám phổ hấp
thụ, giúp cho việc nhận biết các chất.
* Vùng hồng ngoại xa:
Vùng 667 - 10cm-1 bao gồm các dao động biên dạng của C, N, O, F với các
nguyên tử khối lượng > 19 và các dao động biến dạng trong hệ thống mạch vòng hoặc
chưa no. Vùng dao động tần số thấp trong phổ hồng ngoại rất nhạy đối với sự thay đổi
cấu 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 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 nhóm nguyên tử nào đó trong phân tử ít phụ thuộc các phần
còn lại của phân tử được gọi là tần số đặc trưng cho nhóm đó.
Khi nói tần số đặc trưng của nhóm không thay đổi thì không có nghĩa là lamda
max hấp thụ là không đổi mà chỉ có nghĩa là lamda max nằm trong một miền phổ khá
hẹp. Ví dụ liên kết C-H có tần số đặc trưng trong khoảng 2800 – 2900 cm
-1
Ta xét một vài trường hợp đơn giản dưới đây để thấy rõ hơn tần số đặc trưng của
các nhóm nguyên tử.
* Trong các hidrocacbon no, các liên kết C-C và C-H là chủ yếu. Tần số dao động
của mạch C-C rơi vào miền 800 – 1200 cm

OH
-
1032
NH
-2
1037
F
-
1049
Liên kết C với X là Cl, Br, I, SH cho tần số đặc trưng, còn C-O, C - N, C - F
không cho tần số đặc trưng vì rơivào miền tần số C - C.
Cũng như vậy, thực nghiệm cho thấy trong dãy C
n
H
2n+1
X, tần số của liên kết C-X
hầu như không thay đổi khi n>3.
Ví dụ: tần số liên kết C-Cl của một số hợp chất dưới đây:
C
3
H
7
Cl 726 cm
-1
C
4
H
9
Cl 722 cm
-1

1708 cm
-1
H
3
C - CO - C
2
H
5
1712 cm
-1
H
3
C - CO - C
4
H
9
1709 cm
-1
2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tần số đặc trưng nhóm:
2.5.1 Ảnh hưởng do cấu trúc của phân tử :
Như đã biết, tần số đặc trưng nhóm phụ thuộc vào sự bền vững của liên kết (thông
qua giá trị của k) và khối lượng của các nguyên tử tham gia liên kết (biểu thức 11.10).
Ngoài ra , nó còn tùy thuộc vào phần còn lại của phân tử thông qua các hiệu ứng
electron, hiệu ứng không gian và liên kết nội phân tử.
Hằng số lực hóa trị: Hằng số lực hóa trị k phụ thuộc vào bản chất mối liên kết hóa
học giữa hai nguyên tử - liên kết càng bền thì hằng số lực hóa trị k sẽ càng lớn. Khi
hằng số lực của hai nhóm khác nhau 25% thì số sóng đặc trưng của chúng khác nhau rất
19
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
rõ. Tỉ lệ hằng số lực của C-C : C=C là 1:2:3 nên các vân hấp thu của chúng sẽ có số

-1
.
Tương tự, khi đo phổ hồng ngoại của các chất đối quang ở trạng thái rắn có giúp
phân biệt được đồng phân quang hoạt với biến thế racemic.
Sức căng của vòng cũng gây ảnh hưởng đến tần số đặc trưng nhóm. Ví dụ, vân hấp
thu do dao động hóa trị (C-H) của các alkane và cycloalkane vòng lớn xuất hiện ở số
sóng 2960-2850cm
-1
trong khi vân hấp thu của cyclopropane lại xuất hiện vào vùng của
dao động hóa trị (=C-H) của alkene, tức khoảng 3050cm
-1
.
20
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
Việc thay đổi vị trí tương đối của nhóm nguyên tử trong không gian có thể làm các
nhóm phân cực ở gần nhau hoặc xa nhau dẫn đến sự thay đổi tương tác lưỡng cực –
lưỡng cực cũng có thể được phát hiện bằng hồng ngoại.
Ảnh hưởng của liên kết hydro nội phân tử: Liên kết hydro là liên kết yếu được
hình thành khi nguyên tử hydro đã tham gia liên kết cộng hóa trị với nguyên tử của một
nguyên tố có độ âm điện lớn lại tương tác với một nguyên tử âm điện khác . Liên kết
hydro có thể được xem là liên kết kiểu ba trung tâm trong đó H đóng vai trò của cầu nối,
làm cho hai liên kết hai bên đều bị yếu đi dẫn đến số sóng dao động hóa trị của hai
nhóm tham gia liên kết đều giảm xuống, vân hấp thu của nhóm X-H (X: F, O, N)
thường trải rộng ra so với trường hợp không tạo liên kết hydro. Liên kết hydro gây khó
khăn cho dao động biến dạng nên làm tăng số sóng của dao động biến dạng.
2.5.2 Ảnh hưởng do tương tác giữa các phân tử:
Ở trạng thái khí, các phân tử chuyển động tự do và hầu như không tương tác với
nhau nên phổ hồng ngoại của một chất được đo ở dạng khí phản ánh khá trung thực cấu
trúc của phân tử. Tuy nhiên, việc phân tích phổ hồng ngoại của một chất đo ở trạng thái
khí đôi khi rất phức tạp của phổ quay gây ra. Chính vì vậy mà người ta thường đo mẫu

21
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
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 lại ở các lần đo khác nhau. Việc định lượng kém chính xác cũng
còn do rất khó xác định chính xác bề dày khi mẫu ở dạng rắn (được trộn với các muối
vô cơ và ép thành viên có bề dày vài µm). Cường độ vân phổ có thể được đánh giá qua
diện tích vân phổ gọi là cường độ tích phân, nhưng hiện nay phương pháp này cũng rất
ít được sử dụng vì thực hiện khó khăn mà độ chính xác vẫn không cao. Hiện nay người
ta chỉ đánh giá cường độ vân phổ một cách định tính: mạnh, trung bình hoặc yếu.
Như trên đã nói, đối với các phân tử có mômen lưỡng cực µ thì chỉ những dao
động nào làm thay đổi mômen lưỡng cực này mới bị kích thích bởi bức xạ hồng ngoại.
Điều này cũng cần được hiểu là không phải phân tử hay liên kết có mômen lưỡng cực
lớn thì sẽ có cường độ hấp thu hồng ngoại lớn mà chỉ khi các phân tử hoặc liên kết có
biến thiên mômen lưỡng cực lớn. Đối với các phân tử hai nguyên tử hoàn toàn đối xứng
như H
2
, O
2
, N
2
…dao động giữa hai nguyên tử trong phân tử hoàn toàn không gây ra sự
biến đổi mômen lưỡng cực nào nên các phân tử đó không có mũi hấp thu trong vùng
phổ hồng ngoại. Trong các hợp chất hữu cơ, các nhóm thường cho vân hấp thu có cường
độ mạnh là C = O (V
C=O
khoảng 1700 cm

Cũng có trường hợp hai vân phổ ở gần nhau nên có sự xen phủ lẫn nhau hoặc vân
mạnh trùm lên vân yếu chỉ để lại một gờ nhỏ gọi là “vai”.
2.7 Các vân phổ hồng ngoại không cơ bản:
Trên phổ hồng ngoại, ngoài các vân hấp thu do dao động hóa trị hoặc dao động
biến dạng gây ra còn xuất hiện các vân hấp thu không liên quan trực tiếp đến một dao
động cơ bản nào cả. Đó là các vân do sự họa tần, do sự kết hợp, do tương tác của các
dao động hoặc do cộng hưởng Fermi, được gọi chung là các vân không cơ bản.
22
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
Vân họa tần: thường có cường độ yếu, có số sóng gần bằng bội số của vân cơ bản,
do sự chuyển mức năng lượng ∆n= ±2, ±3… ngoài chuyển mức năng lượng ∆n= ±1.
Trong thực tế thường gặp các vân họa tần tương ứng với chuyển mức ∆n= ±2 nhiều hơn
các trường hợp khác. Ví dụ vân V
C=O
(khoảng 1700 cm
-1
;) có một vân họa tần bậc một
cường độ yếu ở khoảng 3300 cm
-1
; vân V
C-CI
(khoảng 770 cm
-1
) có một vân họa tần bậc
một ở khoảng 1540 cm
-1
.
Vân kết hợp: thường là các vân yếu, có số sóng bằng tổng hoặc hiệu của số sóng
của hai dao động cơ bản, do năng lượng của bức xạ có khả năng kích thích hai dao động
cơ bản.

(khoảng
800-900 cm
-1
) của vòng benzene. Số lượng và hình dạng các vân họa tần và kết hợp nói
trên rất có ích trong việc xác định mức độ thế trong vòng benzene (có một, hai hay ba
nhóm thế; các nhóm thế ở vị trí như thế nào…).
c. 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).
23
Phổ Hồng Ngoại và Ứng Dụng Trong Thực Phẩm
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 2, 3, 4 và 5.
Bảng 2: Tần số hấp thu của hydrocarbon no (alkane và cyclane)
Nhóm Dao động Tần số (cm
-1
) Ghi chú
–CH
3
V

DĐ biến dạng trong mặt phẳng
DĐ biến dạng trong mặt phẳng
>CH
2
thẳng V
C - H(bđx)
V
C - H(đx)
δ
CH2
δ
CH2
2940 – 2920 (m)
2870 – 2840 (m)
1480 – 1440 (tb)
745 – 720 (y):
745 – 735
735 – 725
725 - 720
DĐ hóa trị bất đối xứng
DĐ hóa trị đối xứng
DĐ biến dạng “lưỡi kéo”
DĐ biến dạng “con lắc” của
mạch carbon – (CH2)n _:
n = 2
n = 3
n > 3
– CH
2
– vòng δ

V
C-H
3100 – 2900 (y)
2900 – 2700 (y)
Thường rất yếu
Thường gồm haivân (một ở ≈
2720cm
-1
)
– O CH
3
– O –
CH
2
– O
VC-H 2850 – 2810 (tb)
2790 – 2770 (tb)
Aryl ether: số sóng cao
Ankyl ether: số song thấp
N – CH
3
VC-H 2820 – 2780 (tb)
– O – CO – CH
3
δ CH
3
1385 – 1365 (m)
1360 – 1355 (m)
Cường độ rất mạnh
Nhóm C – H không tham gia liên kết hydro nên vị trí các vân hấp thu của nó ít chịu

3095 – 3075 (tb)
895 – 885 (m)
3095 – 3075 (tb)
995 - 980
Và 915 - 905
3040 – 3010 (tb)
850 – 790 (m)
Đôi khi bị che phủ bởi vân
V
C-H
no
RCH= CHR (trans)
– RHC=CHR (cis)
R – CH=CH
2
δ
CH(nmp)
δ
CH
δ
CH
970 – 960 (m)
730 – 675 (tb)
995 – 985 (m)
Và 940 – 900
DĐ biến dạng ngoài mặt
phẳng (ở 990cm
-1
nếu liên
hợp với C=O )