二维相关光谱解读
二维相关红外光谱及其应用解读
二维相关红外光谱及其应用1 引言二维相关光谱是一种实验设计与数据处理相结合的分析技术。
对于每一种样品体系，需要根据研究目的，设计合适的实验方案，通过对样品施加特定的微扰(包括机械拉伸力、温度、压力、浓度、磁场、光照等)，诱导光谱信号产生动态变化，对一系列的动态谱图进行相关分析计算，便得到二维相关谱图(图1)。
二维相关谱图反映的是样本中各种组成成份或者微观结构单元相应于外界微扰的变化情况，以及这些变化之间相互的联系。
目前应用最广泛的是以温度为变量的二维相关红外光谱技术。
2 二维相关光谱的特性二维相关光谱可用三维立体图或二维等高线图进行可视化显示，便于直观地对二维信息进行解析。
在二维相关光谱的等高线图中，z坐标轴值用x-y平面中的等高线表示。
同步相关光谱代表两个动态红外信号之间的协同程度，它是关于主对角线对称的。
相关峰在对角线和非对角线区域均会出现。
在对角线上有一组峰，它是动态红外信号自身相关而得到的，所以称为自动峰。
自动峰总是正峰，它的强度代表外扰引起的变化程度。
强的自动峰对应于动态谱中强度变化较大的区域，而保持不变的区域则显示出非常小或没有自动峰，这与微观环境对官能团运动的影响是密切相关的。
在二维相关图中(见图1)，以圆圈的个数代表Φ(ν1,ν2)的绝对值。
在坐标(A,A)，(B,B)，(C,C)和(D,D)处的自动峰分别具有2，1，4和2个圆圈，表明(C,C)处的自动峰最强，而(B,B)处的自动峰最弱。
二维同步相关光谱中位于主对角线以外的峰叫做交叉峰，它显示扰动发生过程中ν1和ν2处的强度变化的相关变化。
为了便于观察自动峰和交叉峰的强度的相关变化，可以构造一个相关正方形，把对角线上的自动峰和两侧的交叉峰连贯起来。
所以A和C，B和D是同步相关的(图1a)。
交叉峰的符号既可为正也可为负。
如果发生在ν1和ν2处的强度变化是同一方向的，那么Φ(ν1,ν2)为正；反之，如果发生在ν1和ν2处的强度变化是沿着相反方向的，那么Φ(ν1,ν2)为负。
二维相关近红外光谱及其应用
·综述与专论 ·
2007 年第 31 卷 第 7 期 第 304 页
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由于吸收信息的分布范围广谱峰宽同一近红外谱区常有不同分子多种基团的谱峰重叠在一起严重的谱峰重叠是近红外光谱分析不同于常规分析的一个难点二维相关近红外光谱指对体系在受扰动过程中的近红外光谱进行相关性分析得到光谱的二维尺度信息包括同步和异步相关光谱析体系施加一个外部微扰则体系会产生一系列动态变化运用相关分析对该过程中的近红外谱图进行处理得到的二维相关近红外谱图可以提高重叠的近红外信号的分辨能力观察到在一维近红外光谱中无法观察到的信息
异步相关光谱是某一光谱和另一光谱经 Hilbert 变换信号相关性分析的结果 ,因此异步相关光谱关 于对角线反对称 ,没有自相关峰 。它代表了两个不 同波数处测得的吸收强度变化次序或变化的不同步 特征 ,仅当光谱强度变化信号的傅里叶频率成分不 同位相时才会出现 ,这一特点在区分不同光谱来源 或不同组分形成的重叠峰时特别有效 。
二维相关光谱的概念很早就在核磁共振分析领 域提出 。二维核磁谱是用多脉冲激发核自旋 ,采集 时间域上原子核自旋弛豫过程中的衰减信号 ,经过 傅里叶变换而获得 。但是 ,该分析方法直到近十几 年才被应用到分子振动光谱中 ,其原因在于光谱采 集时间尺度上存在极大差异 。因为分子振动的弛豫 时间比核自旋的弛豫时间要小若干个数量级 ,通常 的光谱仪根本无法在这么短的时间内激发分子振动 并采集它在弛豫过程中的信号 ,所以分子振动光谱 无法跟核磁共振一样采用多脉冲激发的方式获得二 维相关光谱[1] ,因此二维相关光谱很长时间内未渗
二维红外光谱
二维红外光谱
二维红外光谱（2D IR spectroscopy）是一种用于分析化学体系中分子间相互作用的新型光谱技术。
它为研究特定分子组成的分子组合体（例如蛋白质）提供了全新的思路，能够更快、更准确地显示出蛋白质内部的结构特征和功能信息。
二维红外光谱是一种在光谱分析中应用非常广泛的技术，可以用来对大分子的结构进行精确分析。
它通过测量分子频率和强度之间的关系，来揭示大分子结构的信息，从而帮助科学家们更好地理解大分子的内部结构。
二维红外光谱所涉及到的原理主要是红外振动，它是由分子中的键和受力点的振动所引起的。
当分子被一个外部的电磁场所作用时，它将会产生一种称为“红外振动”的效应，即分子中的原子根据电磁场的作用，在各自的方向上产生振动。
该振动有一个固定的频率，而这个频率是由分子结构所决定的，因此，通过测量红外振动的频率，就可以获得分子结构的信息。
二维红外光谱也可以称为“时域分辨红外光谱”，它可以用来实现对大分子结构的连续测量，其基本原理是：利用一个相关的激光场，在两个不同的时间点上测量红外振动的强度，从而实现对大分子的连续测量。
二维红外光谱的应用非常广泛，它可以用来研究大分子的结构特征，以及分子之间的相互作用，还可以用来研究蛋白质的结构，从而有助于更好地了解蛋白质内部的结构特征和功能信息。
此外，这种技术还可以用来研究其它大分子的结构，例如核酸分子，以及大分子复合体，这有助于更好地理解这些分子的结构和功能，从而有助于研究许多生物体系。
总之，二维红外光谱是一种研究大分子结构和功能的重要工具，可以用来实现对大分子的精确测量，从而有助于更好地理解蛋白质和其他大分子的结构和功能。
二维傅里叶红外光谱
二维傅里叶红外光谱
二维傅里叶红外光谱是一种非线性光谱技术，它结合了傅里叶变换和红外光谱技术。
在传统的红外光谱技术中，通过扫描一条红外光谱曲线来获取样品的信息。
然而，这种方法只提供了分子中振动模式的简单图像，而不提供关于这些模式如何相互作用的信息。
二维傅里叶红外光谱通过在时间和频率域中收集信息来获得更丰富的信息。
在2D-IR实验中，首先使用一系列光脉冲来激发分子的振动模式，然后测量样品反应的时间和频率响应。
通过对这些响应进行傅里叶变换，可以获得2D-IR光谱图。
2D-IR光谱图通常由两个轴组成，将垂直轴称为“频率1轴”，将水平轴称为“频率2轴”。
亮点表示相应的模式之间存在振动耦合。
二维傅里叶红外光谱是一种非常强大的分子结构表征工具，它提供了比传统红外光谱更详细的信息。
二维谱解析示例(包括红外,紫外,核磁二维谱,质谱)
王晓晗 2010014605 植物化学作业
7
141
128
123
15 29
53
53
29
15
123 128 129 141
O O
HO
O
HO
O
CH3
CH3
CH3
或
CH3
第八步、绝对构型的确定 根据圆二色谱和计算化学的知识对其绝对构型进行判断。（未要求）
王晓晗 2010014605 植物化学作业
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王晓晗 2010014605 植物化学作业
4
第六步，COSY 图谱的解析 首先在氢谱上标出与之相连的碳原子的化学位移值。 COSY 图谱是 3JH-C、2JH-C 耦合的图谱。因此我们根据所给的图谱每一个氢型号对应与
之发生耦合的碳信号逐个进行分析。
王晓晗 2010014605 植物化学作业
5
如图
158
129
45 201
53
123 29
O
15
4、 在化学位移值为 6.05 与之相连的碳原子的化学位移值为 123，是一个与双键相连的次甲 基，分别于化学位移值为 29（甲基碳）、45（季碳）、53（为与甲基相连的次甲基）148 （双键相连的次甲基）、158（与双键相连的季碳原子）、181（羰基碳）所对应的碳原子 发生耦合。因此这个甲基上的氢原子与这些碳原子隔了 2 个或者 3 个化学键。
第七步、ROESY 图谱的解析 这个化合物有两个手性碳，可能有四种构型。
O
HO
O
HO
二维激光位移 光谱 -回复
二维激光位移光谱-回复什么是二维激光位移光谱？二维激光位移光谱是一种用于测量物体表面形变或位移的技术。
它基于可见光激光器产生的相干光束，通过测量光在物体表面的反射或散射后的光谱特性来计算物体的形变或位移。
为什么需要二维激光位移光谱？在工程和科学领域，准确测量物体的形变或位移对于设计、维护和研究都至关重要。
传统的位移测量方法如应变片或电阻应变计通常需要物体表面与传感器直接接触，但这可能会影响测量结果，尤其是在高温、高压或振动环境下。
而二维激光位移光谱技术可以实现对物体表面位移的无接触、非破坏性测量。
二维激光位移光谱的原理是什么？二维激光位移光谱利用激光器发射一束可见光激光束，经过光学设备聚焦到物体表面，在物体表面产生一小点光斑。
当物体发生形变或位移时，物体表面的反射或散射光在频谱上会发生变化。
通过使用一台高速光谱仪收集光谱信号，并对信号进行处理，可以得到一张二维图像，图像中的每一个像素点代表物体表面上对应位置的位移值。
这样，就可以获得物体表面位移的全场分布图像。
如何进行二维激光位移光谱测量？首先，需要准备一台可见光激光器、一台高速光谱仪、一套光学设备和一个数据采集系统。
将激光器安装在合适的位置，使其能够发射一束稳定的激光束。
接着，使用光学设备将激光束聚焦到物体表面，确保光斑的大小适当，以便能够覆盖到要测量的区域。
然后，使用高速光谱仪收集光谱信号。
通过调整光谱仪的参数，如采样速度、光谱范围等，确保能够获得准确的光谱信号。
在数据采集过程中，可以选择扫描整个物体表面，或者只在感兴趣区域进行测量。
接下来，对收集到的光谱信号进行处理。
首先，将光谱信号进行傅里叶变换，将其转换为频谱图像。
然后，对频谱图像进行滤波、峰值检测等处理，以提取出位移信息。
最后，根据处理后的数据，生成二维位移光谱图像。
通过对位移光谱图像的分析，可以得到物体表面位移的全场分布情况，并可以对数据进行进一步处理和分析。
二维激光位移光谱有哪些应用领域？二维激光位移光谱技术在许多领域具有广泛的应用。
二维相关光谱横纵坐标
二维相关光谱横纵坐标二维相关光谱横纵坐标是指在二维相关光谱分析中，所使用的自变量和因变量。
二维相关光谱是一种光谱分析的方法，它通过对不同波长的光进行反射、散射或透射观测，得到样品的光谱信息。
这种光谱信息可以用于分析样品的成分、结构和性质等。
为了能够对样品的光谱进行定量分析和解释，我们需要对二维相关光谱的横纵坐标有一定的了解。
二维相关光谱的横坐标通常表示波数或波长。
波数是波长的倒数，它的单位是cm-1。
波数可以用于刻画光的频率，它与样品分子的振动和转动有关。
波数越大，对应的波长越短，说明光的频率越高。
在二维相关光谱中，波数通常用于表示横轴，因为它可以反应样品的振动和转动信息，有助于对样品的结构和性质进行分析。
二维相关光谱的纵坐标通常表示吸光度、透射率或散射率等。
吸光度是样品吸收光能的能力，它与样品的浓度和光通过样品的路径有关。
透射率是光通过样品后剩余的光能与入射光能之比，它可以用来刻画样品对光的透过程度。
散射率是样品对光进行散射的能力，它与样品的粒径和形态有关。
在二维相关光谱中，纵轴的单位通常是无量纲的，因为它是通过比值来表示吸光度、透射率或散射率等。
纵坐标的选择取决于所检测的光谱特征和所研究的样品性质。
除了横坐标和纵坐标的物理性质，二维相关光谱的横纵坐标还可以表示样品的其他属性。
例如，在拉曼光谱中，横坐标通常表示样品的振动频率，纵坐标表示样品的拉曼散射强度。
拉曼光谱是一种非常灵敏的光谱方法，可以用于分析样品的成分和结构信息。
在红外光谱中，横坐标通常是波数，纵坐标可以是吸光度、透射率或散射率等物理量。
总之，在二维相关光谱分析中，横纵坐标的选择取决于所研究的样品类型和所关注的光谱特征。
横坐标通常表示样品的某种物理性质，如振动、转动或散射频率等，纵坐标可以表示样品的吸光度、透射率或散射率等物理量。
这些选取的横纵坐标能够在二维相关光谱中反映样品的结构、成分和性质等信息，为光谱分析提供有力的支持。
通过对二维相关光谱的横纵坐标进行适当的选择和解读，可以更深入地理解光谱分析中的各种现象和规律，为科研和工程应用提供更全面和准确的光谱数据。
10-红外光谱二维相关
1 ~ y (ν 1 )Τ ~ y (ν 2 ) Φ (ν 1 ,ν 2 ) = m −1
异步相关强度的计算（一）
• 对于异步相关强度的数值计算方法较多，其中最简单有效的方 法，是通过Hilbert变换得到 。
1 m ~ ~ Ψ (ν 1 ,ν 2 ) = y ( ν ) ⋅ z j (ν 2 ) ∑ j 1 m − 1 j =1
�
其中，
~ z j (v 2 ) = ∑ N jk ⋅ ~ y k (ν 2 )
k =1
m
�
而Njk对应于Hilbert-Noda转换矩阵中的第 j行k列元素
⎧ 0 ⎪ N jk = ⎨ 1 ⎪ ⎩π (k − j )
j=k
其他情况
异步相关强度的计算（二）
• 则异步相关强度由下式给出：
1 ~ Ψ (ν 1 ,ν 2 ) = y (ν 1 )Τ N~ y (ν 2 ) m −1
•
•
二维相关异步谱的解释
• 二维异步相关谱仍呈正方形，但无对 角线峰，仅有对角线外的峰，即交叉 峰。异步相关谱中的交叉峰表明与它 相应的两个红外吸收的偶极跃迁矩的 重定向行为是独立的，因此这种 “相关 峰”正好说明与这两个吸收相对应的官 能团没有相互连接、相互作用的 “ 相 关”。 异步相关谱也有正、负号之分，它反 映了所对应的两个偶极跃迁矩重定向 的相对快慢。一个正的交叉峰说明在 v1 处的光谱强度的变化比在 v2 处的变 化提前发生，而负的交叉峰则恰恰相 反，说明在 v2 处的光谱强度的变化比 在v1处的变化提前发生。
3600
3400 cm-1
3分子。由于被激发的分子 的驰豫过程慢于红外光谱的时标，因而可用前述的时间分 辨技术，检测动态过程，经处理得到二维红外光谱。