二维光谱同步异步解析
异步采样太赫兹时域光谱
异步采样太赫兹时域光谱异步采样太赫兹时域光谱（ATD-THz）技术是一种非常重要的光谱分析方法，广泛应用于材料科学、化学和生物医学等领域。
该技术通过使用超快激光脉冲，能够在太赫兹频率范围内实现高分辨率的时域光谱测量。
本文将介绍ATD-THz技术的原理、优势及其在不同领域的应用。
1. 异步采样太赫兹时域光谱的原理主要通过以下步骤来实现异步采样太赫兹时域光谱测量：1.1 产生太赫兹脉冲：使用光学器件将紫外或红外激光脉冲转换为太赫兹脉冲，通常可以通过光电探测或非线性光学效应来实现。
1.2 利用光电探测器采样：使用快速光电探测器对产生的太赫兹脉冲进行采样。
由于光电探测器的响应时间较长，无法直接采集太赫兹脉冲的瞬时强度，需要通过短脉冲激光的参考信号进行异步采样。
1.3 异步采样和处理：将短脉冲激光的参考信号与太赫兹脉冲进行异步采样，并通过数学算法进行处理，以获取太赫兹脉冲的时域波形。
1.4 频谱分析：通过傅里叶变换将太赫兹时域波形转换为频域光谱，从而得到样品对太赫兹辐射的吸收、透射或反射等性质的信息。
2. 异步采样太赫兹时域光谱的优势ATD-THz技术相较于传统基于扫描延迟线的时域光谱技术，具有以下优势：2.1 高分辨率：ATD-THz技术采用超快激光进行采样，可以实现高采样速率和高分辨率的时域光谱测量，可以获得更精细的太赫兹光谱信息。
2.2 宽频带：传统的基于扫描延迟线的技术对太赫兹信号的测量范围有限，而ATD-THz技术可以在整个太赫兹频段内进行光谱分析。
2.3 简化测量系统：传统的时域光谱技术需要复杂的扫描延迟线和高频振荡器等组件，而ATD-THz技术只需要快速光电探测器和超快激光器等简单设备，使得测量系统更加简洁和易于实现。
3. ATD-THz技术的应用ATD-THz技术在材料科学、化学和生物医学等领域都有着广泛的应用。
3.1 材料科学：ATD-THz技术可以用于表征材料的电子结构、晶体结构和晶格振动等信息，对于研究材料的光电性能和物理化学性质具有重要意义。
二维红外光谱法分析纤维素
二维红外光谱法分析纤维素赵永会;顾丹丹;冯俊霞;史义静;于宏伟【摘要】采用二维红外光谱法分析纤维素.在293～393 K范围内,分别测定脱脂棉纤维的一维红外光谱、二阶导数红外光谱和去卷积红外光谱.结果表明:脱脂棉纤维中的α纤维素在559 cm-1有一个的红外特征吸收峰,β-纤维素在893,1 206,1 235 cm-1处有红外特征吸收峰;随测定温度的升高,559 cm-1处红外吸收强度降低,893,1 206,1 235 cm 1处红外吸收强度增加.进一步采用二维红外光谱研究温度对于脱脂棉纤维结构的影响,结果表明:随测定温度的升高,脱脂棉纤维红外特征吸收峰强度增加的顺序为893 cm-1＞1 235 cm-1＞1 206 cm 1＞559 cm-1.【期刊名称】《理化检验-化学分册》【年(卷),期】2015(051)011【总页数】4页(P1497-1500)【关键词】二维红外光谱;纤维素;一维红外光谱;二阶导数红外光谱;去卷积红外光谱【作者】赵永会;顾丹丹;冯俊霞;史义静;于宏伟【作者单位】河北石家庄市鹿泉区动物卫生监督所,鹿泉050200;河北石家庄学院化工学院,石家庄050035;河北石家庄学院化工学院,石家庄050035;河北鹿泉市第一中学,鹿泉050200;河北石家庄学院化工学院,石家庄050035【正文语种】中文【中图分类】O657.33纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,是地球上最丰富的可再生自然资源[1]。
纤维素具有重要的生理活性[2]而广泛应用在家禽[3-4]、仔猪[5]及反刍动物的饲料中[6],纤维素的生理活性与其结构有关。
纤维素按照结构的差异主要分为α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素[7]等。
研究纤维素结构的方法主要有X射线衍射法、核磁共振法、扫描电镜法等[8-13]。
采用红外光谱法分析纤维素结构的方法却少见报道。
由于纤维素中的α-纤维素和β-纤维素具有红外活性,因此本工作在文献[14-18]的基础上,以医用脱脂棉为研究对象,通过测定其一维红外光谱、二阶导数红外光谱、去卷积红外光谱和二维红外光谱,研究温度对于纤维素结构的影响。
乳胶C-H面外摇摆振动模式ATR二维红外光谱研究
乳胶C-H面外摇摆振动模式ATR二维红外光谱研究牟微;顾春雷;眭晓哲;解立斌;王欣;于宏伟【摘要】在303～393 K温度范围内,采用变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)技术,研究了乳胶的分子结构.实验发现:在3500～600 cm-1的频率范围内,乳胶主要存在着C-H伸缩振动模式(vCH)、C=C双键伸缩振动模式(vC=C)、CH2弯曲振动模式(δCH2)、CH3弯曲振动模式(δCH3)和双键上C-H面外摇摆振动模式(ωC-H)等五种.本文主要以乳胶ωC-H为研究对象,进一步开展相关二维红外光谱的研究,考查温度对于乳胶分子结构的影响.研究发现:乳胶ωC-H在837 cm-1和841 cm-1频率处有红外吸收峰,而随着测定温度的升高,乳胶ωCH红外吸收强度的变化快慢顺序为:837 cm-1＞841 cm-1.此项研究拓展了ATR-FT-IR技术在乳胶热变性方面的研究范围.【期刊名称】《光散射学报》【年(卷),期】2015(027)004【总页数】6页(P407-412)【关键词】衰减全反射红外光谱;二维红外光谱;乳胶;热变性【作者】牟微;顾春雷;眭晓哲;解立斌;王欣;于宏伟【作者单位】石家庄学院化工学院,石家庄050035;河北科技大学化学与制药工程学院,石家庄050018;石家庄科技职业学院,石家庄052165;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035;石家庄学院化工学院,石家庄050035【正文语种】中文【中图分类】O434.3乳胶具有优异的理化性能,广泛应用在浸渍制品,海绵制品,注模制品和压模制品等领域中[1-5]。
胶乳的特殊性能,与其结构密切相关。
但乳胶材料由于结构特殊很难采用传统的红外光谱法测量,而傅里叶变换衰减全反式红外光谱(ATR-FTIR)是一种较为新型的红外光谱测试技术[6-7],可以方便的测定各类高分子材料的结构,而不需要对样品进行任何处理。
红外软件Omnic常用操作介绍
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CATALOGUE
红外光谱分析功能介绍
光谱图绘制与编辑方法
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打开Omnic软件，导入红外 光谱数据，即可自动绘制出相
应的光谱图。
通过软件提供的绘图工具，可 以对光谱图进行放大、缩小、 平移等操作，方便观察细节。
在光谱图上可以添加文字、箭 头等标注，以便于记录和分析
。
支持对光谱图进行多种格式的 导出，如JPEG、PNG、SVG 等，方便与他人分享或发表。
的合理性。
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高级功能拓展应用
二维相关光谱分析技术
二维红外光谱图生成
通过Omnic软件，可以将一维红外光谱数据转换为二维相关光 谱图，更直观地展示样品的光谱特征。
同步和异步相关分析
利用二维相关光谱技术，可以进行同步和异步相关分析，研究样 品在不同条件下的光谱变化。
峰识别和归属
结合二维相关光谱图，可以更准确地识别和归属样品中的官能团 和化学键。
操作习惯
Omnic软件的操作习惯符合大多数Windows应用程序的标准规范，如使用鼠标进行点击、拖拽等操作，使用键 盘快捷键进行快速操作等。此外，软件还提供了详细的帮助文档和在线教程，帮助用户更好地掌握软件的使用技 巧。
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CATALOGUE
数据处理基础操作
数据导入与导出方法
导入方法
通过菜单栏“文件”->“打开”选 择需要导入的数据文件，支持多种格 式如CSV、TXT、Excel等。
软件发展趋势及未来展望
智能化发展
随着人工智能技术的不断进步， 未来OMNIC软件有望实现更智 能化的光谱解析和处理功能，提
高分析效率。
拓展应用领域
二维相关近红外光谱及其应用
[ Abstract ] The mathematical processing and spectral analysis principle of two2dimensional near2infrared cor2 relation spectroscopy and its application in researches on polymer , protein , food , drug2structure and identifica2 tion of Chinese herbal medicine were reviewed. Through an experimental study conducted by the authors , it was confirmed that Fructus Lycii samples from different habitats can be identified by two2dimensional near2 infrared synchronous and asynchronous correlation spectra. [ Keywords ] Two2dimensional correlation spectroscopy ; Near2infrared spectroscopy ; Synchronous spectrum ; Asynchronous spectrum ; Identification ;Application
二维拉曼相关光谱
二维拉曼相关光谱
关于样品中不同化学成分的振动信息。
而在二维拉曼相关光谱中，通过对拉曼光谱数据进行相关处理，可以更准确地分析复杂样品中的相互作用和变化。
二维拉曼相关光谱主要基于时间延迟相关（TDC，Time-Delayed Correlation）方法。
首先，在拉曼光谱数据上选择一个时间延迟量，然后将原始数据与时间延迟后的数据进行相关计算。
通过对不同时间延迟量上的相关结果进行绘图和分析，可以提取出样品中不同区域之间的相互作用和关联信息。
二维拉曼相关光谱可以用于分析多成分样品的化学反应过程、纳米材料的互作用、多相催化反应等。
通过识别出相关峰，可以确定样品中的不同组分之间的相互作用和关联程度，进一步增加对复杂样品结构和反应机制的理解。
需要注意的是，二维拉曼相关光谱是一种相对较新的技术，需要对数据进行精确的处理和分析。
它可以提供更详细和全面的信息，但也需要经验和专业知识来正确解释和解读相关图谱。
核磁共振波谱-二维谱(研)
18
异核-J分解谱
横坐标类似于 13C 的质子宽带去 偶谱，反映了碳 的化学位移；纵 坐标反映了 C 原 子的裂分情况
19
4.4.3 常见二维核磁共振谱的原理及解析
（1）化学位移相关谱
同核化学位移相关谱（Homonuclear correlation） ①通过化学键：COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE。 ②通过空间：NOESY, ROESY（Rotating-frame Overhauser Effect SpectroscopY）。 异核化学位移相关谱（Heteronuclear correlation） ①强调大的偶合常数：1H-13C –COSY ②强调小的偶合常数，压制大的偶合常数： COLOC(远程1H-13C –COSY)
有机波谱解析 | 核磁共振波谱 | 氢谱 |
二维核磁共振谱：是两个独立频率变量的信号函数,记为S(ω1,ω2)。采用不 同的脉冲序列技术，得到图谱中一个坐标表示化学位移，另一个坐标 表示偶合常数，或另一个坐标表示同核或异核化学位移，这类核磁图 谱称作二维核磁共振谱。
6
7
引入二维后,减少了谱线的拥挤和重叠,提高了核 之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息,有 利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然 产物和生物大分子的结构鉴定,2DNMR是目前适 用于研究溶液中生物大分子构象的唯一技术.
25
•
①识别溶剂峰： 化合物1H中共有12组氢的信号峰，其中δ 7.26为溶剂CDCl3未被 完全氘代的质子信号峰。在二维COSY谱中可以看到该溶剂峰不与其它任何质子 相关（红色方框标注）。 ②识别杂质峰： δ 6.30, 5.50, 4.95, 2.35, 2.15的谱线矮小且与其它谱线的 峰面积无比例关系，二维COSY谱中可以看到δ 2.49, 2.47两处的质子信号未见 与其它任何质子相关（绿色方框标注），因此可认为这些信号是杂质峰引起的 。 ③化学位移分区：扣除溶剂峰和杂质峰后，剩余的7组氢信号的峰面积比从低场 至高场分别为1：1：2：2：2：2：12。低场部分（δ 7.0-8.0）共有三组质子信 号峰，应该属于芳环上的质子信号。低场区三条谱线较难进行归属，可借助二 维1H-1H-COSY进行识别。高场部分（δ 2.0-5.0）有四组质子信号峰，应该属于 饱和碳上的质子信号。其中δ 2.25为单峰，含有12个质子，应该是与杂原子相 连的甲基（CH3)，可以确定为氮原子上的两个甲基的质子H(7)信号；δ 2.45, 2.75处的谱线均裂分为双重峰，J=18Hz，应该是与杂原子相连的亚甲基质子（X-CH2-)，可以确定为与氮原子相连的亚甲基质子H（6）信号。由于亚甲基的两 个质子为化学不等价，发生同碳质子的耦合裂分，故耦合常数较大（J=18Hz） ，表现出两组dd峰；δ 4.50为单峰，含有2个质子，应该是与杂原子相连的亚甲 基质子（-X-CH2-)，可以确定为与氧原子相连的亚甲基质子H（5）信号。
基于二维相关中红外光谱技术的无创血糖检测特异性研究
光学无创ｍ 栅检测技术是 目前世界 范围内的研究 热点 之
一
，
中红外光谱法 以其 理论 简洁 明了 、吸收峰 显著 、信息便
ＡＴ 光谱信 号【葡 萄糖 的特征信 息。实 验共 分为离体 和 在 Ｒ） ｆ Ｉ
收 稿 日期 ：２ １ ９０ ， 订 日期 ：２ １ －２２ ０ １０ —５ 修 ０ １１—０
基 金 项 目 ：国 家 自然科 学 荩金 项 目（０ ３０ ２ ０ ０ ２ ５ ． 高 等 学 校 博 士 学科 点 专项 科 研 基 金 项 目（ ０ ９ ０ ２ ２ ０４ 资 助 ６９ ８ ０ ，３ ９ ０ ７ ） ￣ ２ ０ ０ ３ １０ ６ ）
３ ０ ７ ００２
摘
要
葡 萄糖 的 特 异 性 是 实 现 血 糖 浓 度 检 测 的 前 提 ，也 是 论 证 一 种 血 糖 检 测 方 法 町行 性 的 基 础 。二 维 相
关光谱技术 以其高分辨率和便捷的时序规则 （ ｄ Ｎｏ ａ规则 ） 两大优势被广泛地应用在分子 问（ 反应 、物质相 内） 变 以及物质信 息提取等研究领域 。旨在应用二 维相关光谱技术验 证 中红外 光谱法无 创血糖 检测技 术的葡萄 糖特异性 ，首先通过分析各种离体溶液样本 的二 维相关 光谱证 明方法 的理论 可行性 ，然后 开展 了人体 手指 的 中红外 ＡＴ Ｒ光谱采集实验 ， 参考 （ Ｔ Ｔ方法调节实验过程 中人体 的血糖水平 ， 并运用二维相关光谱技术 验证所得人体光谱 中的葡萄糖特征信息 ， 从而论证 中红 外光谱无 创血糖检测技 术的可行 性。 关键词 无创 ；中红外 ； 葡萄糖 ； 特异性 ；二维相关光谱
二维谱
• 但是由于13C天然丰度仅仅为1.1%，出现13C-13C偶合 的几率为0。01％，13C-13C偶合引起的卫线通常离13C 强峰只有20Hz左右，其强度又仅仅是13C强峰的 1/200，这种弱峰往往出现在强13C峰的腋部，加上 旋转边带，质子去偶不完全，微量杂质的影响等因 素，使1JC-C测试非常困难。
三。NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)
NOESY的谱图特征类似于COSY谱，一维谱中出现出现NOE 的两个核在二维谱显示交叉峰。NOESY可以在一张谱图上 描绘出分子之间的空间关系。
COSY OF PBF
NOESY of PBF
Codeine的NOESY
O
COSY of 2－丁烯酸乙酯
A
O
B
二.天然丰度的双量子13C谱 INDEQUATE (13C-13CCOSY)
这是二维碳骨架直接测定法，是确定碳原子连 接顺序的实验，一种双量子相干技术。是一种 13C-13C化学位移相关谱。在质子去偶的13C谱 中，除了13C信号外，还有比它弱200倍的13C13C偶合卫星峰，13C-13C偶合含有丰富的分子 结构和构型的信息。由于碳是组成分子骨架， 它更能直接反映化学键的特征与取代情况。
H-11 to C-14 and/or C-15 H-18 to C-16, C-11 H-13 to C-17, C-14 and/or C-15, C-11 H-14 to C-13 and C-11 H-18' to C-11 H-17 to C14 and/or C-15, C-13
A
• • • •
7.7 8.15 7.4 7.5
111.6 120.6 122.6 127
一维、二维谱全解
4
一
维
谱
选择性质子去偶谱——是对13C-NMR信号进行 归属的最常用的方法之一。它是在质子信号归 属已经搞清楚的前提下，用弱的能量选择性地 照射某一特定质子时，只有与该特定质子相连 的碳核的信号将作为单峰出现，峰的强度也相 应增大。 远程选择性质子去偶谱（LSPD）——了解1H13C之间远程偶合简便而有效的方法。 原理——用很微弱的能量照射质子，以便仅仅 消除远程偶合（一般在10Hz左右）。
二
维
谱
对于复杂分子的结构解析来说，
NOE观察是必不可少的， 故NOESY谱在二维谱中是继H-H COSY谱之后广泛应用 的一种技术。 但如果试样浓度较低，则有可能出现实际不应该出现的 吸收峰。 Aphanamol- I 的NOESY谱。（见图） TOCSY（全相关）谱 在一个分子中，往往有许多个偶合网络。一个偶合网络 可以通过峰与峰之间的偶合相关峰在COSY谱中勾画出来。 由于偶合网络之间常有基团的存在，使得偶合信息传递不 过去，大偶合网络便由此中断。 TOCSY谱就起到将每个 2018/10/18 偶合网络用一个方格网连接起来的功能。 2D H-H相关谱讲解到此，以下介绍2D C-H相关谱。
二
维
谱
突出表现远程偶合的H-H
COSY谱（D COSY） D COSY谱中W型偶合——在环己烷分子的椅式构 象中，1，3位两个平伏氢位于同一平面。处于这样关 系的两个质子间的远程偶合，其偶合分裂在1~2Hz左 右。这种远程偶合用粗线表示时是W型，故称为W型 偶合。（见图 4J ） D COSY谱中烯丙偶合——经过4根键的远程偶合， 但与W型偶合不同， 4根键中含有烯烃键。（见图 4J ） D COSY谱中高烯丙偶合——经过4根键以上的远程 偶合，键中含有烯烃键。（见图 5J ）
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二维光谱同步异步解析
二维光谱同步异步解析是指在进行二维光谱分析时，对时间和频率进行同步或异步的解析方法。
同步解析是指时间和频率的分析是同时进行的，即在二维光谱图中，时间和频率的信息是同时呈现的。
这种方法可以获得光谱随时间变化的详细信息。
异步解析是指时间和频率的分析是分开进行的，即将二维光谱图分解为时间和频率两个分量进行单独的分析。
这种方法主要用于提取时间和频率信息的相关程度，比如频率成分在不同时间段的变化情况。
在实际应用中，同步解析和异步解析可以根据具体需求来选择。
同步解析适用于需要同时获得时间和频率信息的情况，例如研究光谱随时间变化的动态过程。
异步解析适用于需要分别分析时间和频率信息，并研究它们之间的相关性的情况。