甘氨酸鐵螯合物結(jié)構(gòu)式的驗(yàn)證分析

（上海德邦牧業(yè)有限公司，上海201108）

1 定性分析

1.1 紅外光譜分析

通過紅外光譜能反映分子內(nèi)化學(xué)鍵的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，也稱為分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，從而定性判斷甘氨酸與鐵離子是否發(fā)生了螯合反應(yīng)?；瘜W(xué)鍵不同，其紅外吸收峰的位置和形狀不同，從而可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析；根據(jù)紅外吸收峰的強(qiáng)度可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量分析；此外，紅外光譜還能提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息。因此，紅外光譜具有定性、定量和定結(jié)構(gòu)的作用，是分析化學(xué)的重要技術(shù)手段。紅外光譜在微量金屬有機(jī)螯合物領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。

由于紅外吸收的復(fù)雜性，直接給出甘氨酸金屬螯合物形成的證據(jù)并不容易。一般是通過將純甘氨酸與甘氨酸金屬螯合物的紅外光譜作比較，間接證明甘氨酸金屬螯合物的形成。甘氨酸中主要的官能團(tuán)為羧基和氨基，主要是通過這兩個(gè)官能團(tuán)特征紅外吸收峰的變化來研究螯合物的形成。

甘氨酸與某甘氨酸亞鐵紅外光譜吸收峰比較見圖1、表1。

圖1 紅外光譜

表1 紅外光譜吸收峰分析

甘氨酸在499 cm-1處有一個(gè)強(qiáng)的紅外吸收峰，這對(duì)應(yīng)甘氨酸中-COO-和-NH3+的特征紅外吸收峰。而甘氨酸亞鐵的紅外光譜圖中499 cm和2 124 cm處-COO-和-NH3+的吸收峰發(fā)生較大漂移，這說明產(chǎn)品中的甘氨酸已與Fe2+形成了配位鍵。甘氨酸在1 410 cm和1 610 cm處的吸收峰分別為羧基(-COO-)的對(duì)稱與不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的吸收。2 124 cm為-NH3+的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的紅外吸收峰。而甘氨酸亞鐵上的羧基在1 610 cm處的不對(duì)稱伸縮吸收峰發(fā)生紅移，出現(xiàn)在1 592 cm。

所以通過紅外光譜分析，觀測-NH3+和-COO-的位移變化來推斷甘氨酸和鐵元素是否發(fā)生了螯合反應(yīng)。從而視為甘氨酸鐵螯合物有效的定性方法。

1.2 拉曼光譜分析

拉曼光譜為分子光譜，是分子對(duì)光的散射。當(dāng)激發(fā)光照射到分子表面時(shí)，與分子相互作用，大部分的光子只改變方向發(fā)生反射，少部分光子不僅改變光的傳播方向，且頻率也于激發(fā)光不同，這種散射稱為拉曼散射。拉曼散射光與入射光頻率的差值（±Δυ）稱為拉曼位移，它與分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)相關(guān)，分子中不同的化學(xué)鍵有不同的振動(dòng)能級(jí)，相應(yīng)的拉曼位移也是特征的，因此，拉曼光譜可以用于分子結(jié)構(gòu)定性、定量分析，它與上述的紅外光譜互補(bǔ)，可得到較完整的分子振動(dòng)能級(jí)躍遷信息。本試驗(yàn)以甘氨酸為對(duì)照，測定甘氨酸在900 cm-1處有一個(gè)明顯的吸收峰（見圖2）。而甘氨酸鐵螯合物的吸收峰產(chǎn)生了相應(yīng)的位移，這是由于甘氨酸中的-COO-和-NH3+與鐵離子發(fā)生了螯合反應(yīng)。拉曼光譜作為紅外光譜的一種有效補(bǔ)充，從而進(jìn)一步證明甘氨酸與鐵離子發(fā)生了螯合反應(yīng)。

圖2 拉曼光譜

1.3 XRD衍射分析

XRD也稱之為X射線衍射，通過對(duì)物質(zhì)進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，從而定性分析物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前X射線衍射已經(jīng)成為研究晶體物質(zhì)和某些非晶態(tài)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。本試驗(yàn)通過XRD分析甘氨酸亞鐵的晶體特性。通過圖3可知，甘氨酸鐵的XRD衍射圖譜峰值比較直，結(jié)晶程度高，晶型好。

圖3 甘氨酸鐵XRD衍射圖譜

通過上述XRD衍射圖譜可知，甘氨酸鐵為晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)合上述紅外光譜、拉曼光譜，得出甘氨酸和硫酸亞鐵不是簡單的混合，而是發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，其中Fe2+與甘氨酸配體之間的化學(xué)鍵主要為配位鍵。并且呈現(xiàn)較好的晶體結(jié)構(gòu)。

2 定量分析

認(rèn)識(shí)一個(gè)新的物質(zhì)，主要通過定性和定量兩個(gè)層面來分析，甘氨酸亞鐵作為一種化工合成產(chǎn)品，定性層面上已經(jīng)做了系統(tǒng)的分析論證，結(jié)合定性的結(jié)果，表2為試驗(yàn)檢測其內(nèi)部相應(yīng)元素的含量，以綜合進(jìn)行分析論證。

表2 元素測定結(jié)果

3 結(jié)論

通過上述檢測推斷出甘氨酸鐵的結(jié)構(gòu)式為：

Fe2+核外有6個(gè)空軌道，其中兩個(gè)空軌道分別與甘氨酸中的O和N進(jìn)行結(jié)合，其他四個(gè)位置分別與四個(gè)結(jié)晶水進(jìn)行結(jié)合。由于甘氨酸和鐵在1：1 mol螯合情況下形成的為絡(luò)陽離子，核外必然帶有一個(gè)陰離子硫酸根離子，再帶一個(gè)結(jié)晶水。所以甘氨酸鐵的分子式為：NH3CH2COOHFe·SO4·SO4·H2O。由表3可知甘氨酸鐵理論含量。

表3 甘氨酸鐵理論含量