1 紅外光的定義

紅外光是英國科學(xué)家赫歇爾1800年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的。它是波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的電磁波，具有明顯的熱效應(yīng)，使人能感覺到而看不見。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一定波長(zhǎng)的光(可見光或不可見光)照射到某些金屬等材料表面時(shí)，金屬等材料會(huì)發(fā)射電子流，稱為光電效應(yīng)。

紅外光，又叫紅外線，是波長(zhǎng)比可見光要長(zhǎng)的電磁波(光)，波長(zhǎng)為770納米到1毫米之間，習(xí)慣上，往往把紅外區(qū)分為三個(gè)區(qū)域，近紅外區(qū)（波長(zhǎng)780nm~2500nm），中紅外區(qū)（波長(zhǎng)2500nm~25000nm），遠(yuǎn)紅外區(qū)（波長(zhǎng)25μm~1000μm）。一般說來，近紅外光譜儀是由分子的倍頻、合頻產(chǎn)生的；中紅外光譜儀屬于分子的基頻振動(dòng)光譜；遠(yuǎn)紅外光譜儀則屬于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜和某些基團(tuán)的振動(dòng)光譜。

由于絕大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物的基頻吸收帶都出現(xiàn)在中紅外區(qū)，因此中紅外區(qū)是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，積累的資料也最多，儀器技術(shù)最為成熟。通常所說的紅外光譜儀即指中紅外光譜儀。

2 紅外光譜儀的產(chǎn)生

2.1 紅外光譜儀的定義

光譜分析是一種根據(jù)物質(zhì)的光譜來鑒別物質(zhì)及確定它的化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)或者相對(duì)含量的方法。按照分析原理，光譜技術(shù)主要分為吸收光譜，發(fā)射光譜和散射光譜三種；

按照被測(cè)位置的形態(tài)來分類，光譜技術(shù)主要有原子光譜和分子光譜兩種。紅外光譜儀屬于分子光譜，有紅外發(fā)射和紅外吸收光譜兩種，常用的一般為紅外吸收光譜。

當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光通過物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動(dòng)能級(jí)躍遷到能量較高的振(轉(zhuǎn))動(dòng)能級(jí)，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，該處波長(zhǎng)的光就被物質(zhì)吸收。

所以，紅外光譜儀法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜儀圖。

當(dāng)外界電磁波照射分子時(shí)，如照射的電磁波的能量與分子的兩能級(jí)差相等，該頻率的電磁波就被該分子吸收，從而引起分子對(duì)應(yīng)能級(jí)的躍遷，宏觀表現(xiàn)為透射光強(qiáng)度變小。電磁波能量與分子兩能級(jí)差相等為物質(zhì)產(chǎn)生紅外吸收光譜必須滿足條件之一，這決定了吸收峰出現(xiàn)的位置。

紅外吸收光譜產(chǎn)生的第二個(gè)條件是紅外光與分子之間有偶合作用，為了滿足這個(gè)條件，分子振動(dòng)時(shí)其偶極矩必須發(fā)生變化。這實(shí)際上保證了紅外光的能量能傳遞給分子，這種能量的傳遞是通過分子振動(dòng)偶極矩的變化來實(shí)現(xiàn)的。

紅外光譜儀 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究開始于 20 世紀(jì)初期，自 1940 年商品紅外光譜儀儀問世以來，紅外光譜儀在有機(jī)化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在一些新技術(shù) （如發(fā)射光譜、光聲光譜、色譜—紅外聯(lián)用等） 的出現(xiàn)，使紅外光譜儀技術(shù)得到更加蓬勃的發(fā)展。

2.2 分子振動(dòng)類型

伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。前者是指原子沿鍵軸方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)過程中鍵長(zhǎng)發(fā)生變化。后者是指原子垂直于化學(xué)鍵方向的振動(dòng)。通常用不同的符號(hào)表示不同的振動(dòng)形式，例如，伸縮振動(dòng)可分為對(duì)稱伸縮振動(dòng)和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，分別用 Vs 和Vas 表示。彎曲振動(dòng)可分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)(δ)和面外彎曲振動(dòng)(γ)。

2.3 紅外光譜儀表示方法

紅外光譜儀圖通常用波長(zhǎng)(λ)或波數(shù)(σ)為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)為縱坐標(biāo)，表示吸收強(qiáng)度。

l 峰位：吸收峰的位置（吸收頻率）

分子內(nèi)各種官能團(tuán)的特征吸收峰只出現(xiàn)在紅外光譜儀的一定范圍，如：C=O的伸縮振動(dòng)一般在1700cm-1范圍左右。

l 峰強(qiáng)：吸收峰的強(qiáng)度

峰的強(qiáng)度取決于分子振動(dòng)時(shí)偶極矩的變化，偶極矩的變化越小，譜帶強(qiáng)度越弱。

l 峰形：吸收峰的形狀（尖峰、寬峰、肩峰）

不同基團(tuán)可能在同一頻率范圍內(nèi)都有紅外吸收，如-OH、-NH的伸縮振動(dòng)峰都在3400~3200 cm-1，但二者峰型狀有顯著不同，峰型的不同有助于官能團(tuán)的鑒別。