电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法技术

本发明专利技术涉及电荷辅助氢键识别技术领域，具体来说是电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法。本发明专利技术以不同等电点的富氧或富氮材料为模型，作为吸附剂来吸附不同pK

【技术实现步骤摘要】
电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法


[0001]本专利技术涉及电荷辅助氢键识别
，具体来说是电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法。

技术介绍

[0002]电荷辅助氢键(CAHB)在分子自组装、生物催化、燃料电池和环境修复应用中具有重要作用，CAHB是以普通氢键(OHB，基于静电作用)为基础，并伴随着共价键和库仑相互作用而形成异常强而短的氢键，且具有3中心
‑
4电子的共价键性质。具体来说，CAHB的形成是由于存在两个能量等价的价键共振形式，从而形成短而强的氢键。在给定的CAHB结构中，H供体基团和H受体基团之间的解离常数之差的绝对值(|ΔpK
a
|)大小是CAHB形成的关键指标，即当|ΔpK
a
|<5.0时，才有可能形成CAHB，其强度会随着|ΔpK
a
|减小而增加；当|ΔpK
a
|≥5.0时，则形成的是OHB，其强度只有CAHB的1/4。
[0003]傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振H谱(1H NMR)是表征氢键的重要光谱技术，尤其是对于OHB的形成来说，H核周围的电子云会被H受体吸引，从而导致H供体处化学键在傅里叶变换红外光谱(FTIR)中的伸缩振动频率降低(红移)；OHB的形成也使H核周围的电子屏蔽效应减弱，导致H在1H NMR中的化学位移向低场移动(化学位移增大至10～13ppm)；虽然傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振H谱(1H NMR)对OHB检测的技术已经成熟，但是目前对于CAHB的识别还没有有效的方法。
[0004]具体原因在于：不同于OHB，CAHB具有共价键的特性，其形成可能在FTIR和1H NMR表征中出现不同的现象，在形成的过程中可能在FTIR和1H NMR中出现不同的指示峰，如H供体处化学键在FTIR中的蓝移(伸缩振动频率增加)，以及H在1HNMR中出现极低场区域的化学位移(≈18ppm)，所以目前还没有表征CAHB的有效方法，因此需要一种通过采用FTIR和1H NMR表征技术以对电荷辅助氢键进行识别的方法。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供了电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，本专利技术利用红外光谱和核磁共振氢谱实现了对CAHB的形成进行识别和测试。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、IOCs原液的配制：
[0009]分别以H2O、D2O为溶剂，配置浓度为50～200mg/L的两种IOCs原液；
[0010]步骤二、制备富氧或富氮材料吸附IOCs后的复合材料样品，IOCs来自于IOCs原液；
[0011]具体的，分别将两种IOCs原液与富氧或富氮材料混合后离心，经固液分离、冷冻干燥后，获得复合材料样品，其中，IOCs原液的溶质与富氧或富氮材料的质量比为400～1600：1；
[0012]步骤三、电荷辅助氢键识别方法：
[0013]对复合材料样品进行1H NMR测定和FTIR测定；
[0014]经1HNMR测定后，相比于未吸附IOCs的富氧或富氮材料，以H2O为溶剂的复合材料样品在极低场区域具有新的特征峰，但以D2O为溶剂的复合材料样品，这个新的特征峰消失；
[0015]FTIR测定后，以H2O为溶剂的复合材料样品测出羟基峰(
‑
OH)和氨基峰(
‑
NH2)的蓝移，主要特征峰出现在较羟基峰和氨基峰频率的更高频率处。
[0016]优选的，所述步骤一还包括背景溶液的配制，具体方法为：
[0017]分别以H2O、D2O为溶剂，以NaCl或CaCl2为溶质，配制拟天然水体的背景溶液；所述IOCs原液分别以两种所述背景溶液为溶剂；
[0018]其中，所述背景溶液的浓度为0～0.02mol/L；IOCs原液的溶质质量与背景溶液的体积之比为50～200mg：1L。
[0019]优选的，将所述背景溶液和IOCs原液的pH均调节为：大于可电离有机化合物对应的(pKa值+2)，一般pH约为3
‑
12，此时保证IOCs以一种形态存在。
[0020]优选的，所述IOCs原液中溶质为可电离有机化合物。
[0021]优选的，所述可电离有机化合物包括氯贝酸、对乙酰氨基酚、对氨基苯甲酸、磺胺甲嘧啶、苯甲酸及其他含有羟基、羧基及氨基的可电离的有机化合物。
[0022]优选的，所述步骤二的富氧或富氮材料包括氧化多壁碳纳米管(O
‑
CNTs)、氨基化多壁碳纳米管(N
‑
CNTs)、氧化石墨烯、氧化矿物(如纳米二氧化硅Nano
‑
SiO2、纳米三氧化二铝Nano
‑
Al2O3)、人工树脂(苯乙烯
‑
二乙烯基苯系乙二胺树脂)。
[0023]优选的，所述步骤二的混合方法为：于恒温振荡器中，于20～25℃、150～180rmp下避光震荡48h及以上。
[0024]优选的，所述1HNMR测定的方法为：将复合材料样品与氘代二甲基亚砜超声混合后，将其加入至核磁共振管中，于1H NMR检测器上进行测定。
[0025]优选的，所述FTIR测定的方法为：将以H2O为溶剂的复合材料样品与KBr混合并研磨，经压片后，于FTIR检测器上进行测定。
[0026]优选的，所述FTIR测定频率范围为1200～4000cm
‑1，分辨率≥0.4cm
‑1，波数精度为0.01cm
‑1，波长准确度为0.1cm
‑1。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0028]1、本专利技术提供了电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，任何在富氧或富氮材料和IOCs之间形成的类似于CAHB的短强氢键或低能垒氢键，均能够采用本申请的方法通过FTIR和1H NMR(包括H/D同位素替换)来识别测试，继而实现在分子尺度上为CAHB的形成进行直接的识别和测试。
[0029]2、本专利技术基于与OHB不同，CAHB作为一种具有共价键特性的短强氢键，在形成的过程中可能在FTIR和1H NMR中出现不同的指示峰，如H供体处化学键在FTIR中的蓝移(伸缩振动频率增加)和H在1H NMR中出现极低场区域的化学位移(≈18ppm)；此外，根据溶剂H2O参与CAHB形成的特点，H/D同位素替换(把D2O替换为H2O)后1H NMR极低场区域的化学位移消失，以此对CAHB形成的进行识别。以上技术问题的解决有利于进一步阐明CAHB的分子机制，这对其在材料、生物、环境和能源等方面的应用具有重要意义。
[0030]3、本专利技术选取不同等电点(PZC)的富氧或富氮材料(碳纳米管、纳米二氧化硅
Nano
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、IOCs原液的配制：分别以H2O、D2O为溶剂，配置浓度为50～200mg/L的两种IOCs原液；步骤二、制备富氧或富氮材料吸附IOCs后的复合材料样品，IOCs来自于IOCs原液；步骤三、电荷辅助氢键识别方法：对复合材料样品进行1H NMR测定和FTIR测定；经1HNMR测定后，相比于未吸附IOCs的富氧或富氮材料，以H2O为溶剂的复合材料样品在极低场区域具有新的特征峰，但以D2O为溶剂的复合材料样品，这个新的特征峰消失；FTIR测定后，以H2O为溶剂的复合材料样品测出羟基峰和氨基峰的蓝移，主要特征峰出现在较羟基峰和氨基峰频率的更高频率处。2.根据权利要求1所述的电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，其特征在于，所述步骤一还包括背景溶液的配制，具体方法为：分别以H2O、D2O为溶剂，以NaCl或CaCl2为溶质，配制背景溶液；所述IOCs原液分别以两种所述背景溶液为溶剂；其中，所述背景溶液的浓度为0～0.02mol/L；IOCs原液的溶质质量与背景溶液的体积之比为50～200mg：1L。3.根据权利要求1所述的电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，其特征在于，将所述背景溶液和IOCs原液的pH均调节为：pH>可电离有机化合物对应的pKa值+2。4.根据权利要求1所述的电荷辅助氢键在红外光谱和核磁共振氢谱中的识别方法，其特征在于，所述IOCs原液中溶质为可电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霄云，张金龙，李涛，刘伊凡，李娜娜，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：