紅外光譜

紅外光譜是分子能選擇性吸收某些波長(cháng)的紅外線(xiàn),而引起分子中振動(dòng)能級和轉動(dòng)能級的躍遷，檢測紅外線(xiàn)被吸收的情況可得到物質(zhì)的紅外吸收光譜，又稱(chēng)分子振動(dòng)光譜或振轉光譜。

1紅外光譜的分區

通常將紅外光譜分為三個(gè)區域:近紅外區(0.75~2.5μm)、中紅外區(2.5~25μm)和遠紅外區(25~300μm)。一般說(shuō)來(lái)，近紅外光譜是由分子的倍頻、合頻產(chǎn)生的;中紅外光譜屬于分子的基頻振動(dòng)光譜;遠紅外光譜則屬于分子的轉動(dòng)光譜和某些基團的振動(dòng)光譜。由于絕大多數有機物和無(wú)機物的基頻吸收帶都出現在中紅外區，因此中紅外區是研究和應用最多的區域，積累的資料也最多，儀器技術(shù)最為成熟。通常所說(shuō)的紅]外光譜即指中紅外光譜。

2紅外譜圖的分區

按吸收峰的來(lái)源，可以將2.5~25μm的紅外光譜圖大體上分為特征頻率區(2.5~7.7μm)以及指紋區(7.7~16.7μm)兩個(gè)區域。

特征頻率區中的吸收峰基本是由基團的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生，數目不是很多，但具有很強的特征性，因此在基團鑒定工作上很有價(jià)值，主要用于鑒定官能團。如羰基，不論是在酮、酸、酯或酰胺等類(lèi)化合物中，其伸縮振動(dòng)總是在5.9μm左右出現一個(gè)強吸收峰，如譜圖中5.9μm左右有一個(gè)強吸收峰，則大致可以斷定分子中有羰基。

指紋區的情況不同，該區峰多而復雜，沒(méi)有強的特征性，主要是由一些單鍵C-O、C-N和C-X(鹵素原子)等的伸縮振動(dòng)及C-H、O-H等含氫基團的彎曲振動(dòng)以及C-C骨架振動(dòng)產(chǎn)生。當分子結構稍有不同時(shí)，該區的吸收就有細微的差異。

3紅外光譜的分類(lèi)

紅外光譜可分為發(fā)射光譜和吸收光譜兩類(lèi)。

物體的紅外發(fā)射光譜主要決定于物體的溫度和化學(xué)組成，由于測試比較困難，紅外發(fā)射光譜只是一種正在發(fā)展的新的實(shí)驗技術(shù)，如激光誘導熒光。將一束不同波長(cháng)的紅外射線(xiàn)照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長(cháng)的紅外射線(xiàn)被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，是一種分子光譜。

紅外吸收光譜是由分子不停地作振動(dòng)和轉動(dòng)運動(dòng)而產(chǎn)生的，分子振動(dòng)是指分子中各原子在平衡位置附近作相對運動(dòng)，多原子分子可組成多種振動(dòng)圖形。當分子中各原子以同一頻率、同一相位在平衡位置附近作簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)方式稱(chēng)簡(jiǎn)正振動(dòng)。含n個(gè)原子的分子應有3n-6個(gè)簡(jiǎn)正振動(dòng)方式;如果是線(xiàn)性分子，只有3n-5個(gè)簡(jiǎn)正振動(dòng)方式。以非線(xiàn)性三原子分子為例，它的簡(jiǎn)正振動(dòng)方式只有三種。在v1和v3振動(dòng)中，只是化學(xué)鍵的伸長(cháng)和縮短，稱(chēng)為伸縮振動(dòng)，而v2的振動(dòng)方式改變了分子中化學(xué)鍵間的夾角稱(chēng)為變角振動(dòng),它們是分子振動(dòng)的主要方式。分子振動(dòng)的能量與紅外射線(xiàn)的光量子能量正好對應，因此，當分子的振動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，就可以發(fā)射紅外光譜，也可以因紅外輻射激發(fā)分子的振動(dòng)，而產(chǎn)生紅外吸收光譜。

應用1.定量分析紅外光譜定量分析法的依據是朗伯--比爾定律。紅外光譜定量分析法與其它定量分析方法相比，存在一些缺點(diǎn)，因此只在特殊的情況下使用。它要求所選擇的定量分析峰應有足夠的強度，即摩爾吸光系數大的峰，且不與其它峰相重疊。紅外光譜的定量方法主要有直接計算法、工作曲線(xiàn)法、吸收度比法和內標法等，常常用于異構體的分析。

2.定性分析

紅外光譜是物質(zhì)定性的重要的方法之一。它的解析能夠提供許多關(guān)于官能團的信息，可以幫助確定部分乃至全部分子類(lèi)型及結構。其定性分析有特征性高、分析時(shí)間短、需要的試樣量少、不破壞試樣、測定方便等優(yōu)點(diǎn)。傳統的利用紅外光譜法鑒定物質(zhì)通常采用比較法，即與標準物質(zhì)對照和查閱標準譜圖的方法，但是該方法對于樣品的要求較高并且依賴(lài)于譜圖庫的大小。

3.輔助解析

有機化合物的結構鑒定在有機化學(xué)、生物化學(xué)、藥物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等許多領(lǐng)域越來(lái)越顯示出它的重要性，而在各種鑒定手段中紅外光譜以其方便靈敏的特性成為有機物結構鑒定的重要手段，除了它對分析結構特征反應靈敏這一特點(diǎn)外，紅外光譜儀與計算機直接聯(lián)機，也為引進(jìn)一些與計算機科學(xué)有關(guān)的智能手段創(chuàng )造了條件。各種現代化的分析儀器的出現和廣泛應用，使得在短時(shí)間內獲得物質(zhì)體系大量信息成為可能，這為化學(xué)計量學(xué)的數據挖掘研究提供了機遇。