紅外光譜儀的原理及應用

　　紅外光譜儀是利用物質對不同波長紅外輻射的吸收特性來分析分子結構和化學成分的儀器。紅外光譜通常由光源、單色儀、探測器和計算機處理信息系統組成。

紅外光譜是什么

　　紅外光譜又稱為分子振動轉動光譜，它和紫外-可見光譜一樣，也是一種分子吸收光譜。當樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的凈變化產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷，使相應于這些吸收區城的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數或波長關系的曲線，就得到紅外光譜。紅外光譜儀不僅能進行定性和定量分析，而且從分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結構。

紅外光譜儀的原理

　　紅外光譜儀利用麥克爾遜干涉儀將兩束光程差按一定速度變化的復色紅外光相互干涉，形成干涉光，再與樣品作用。探測器將得到的干涉信號送入到計算機進行傅立葉變化的數學處理，把干涉圖還原成光譜圖。

　　與紫外-可見吸收光譜不同，紅外光譜儀產生紅外光譜的紅外光的波長要長得多，因此光子能量低。物質分子吸收紅外光后，只能引起振動和轉動能級躍遷，不會引起電子能級躍遷。所以紅外光譜一般稱為振動-轉動光譜。

　　紫外-可見吸收光譜常用于研究不飽和有機化合物，特別是具有共扼體系的有機化合物。而紅外光譜法主要研究在振動中伴隨有偶極矩變化的化合物。因此除了單原子分子和同核分子。如Ne、He、O2、和H2等之外，幾乎所有的有機化合物在紅外光區均有吸收。紅外吸收譜帶的波數位置、波峰的數目及其強度反映了分于結構上的特點，可以用來鑒定未知物的分子結構組成或確定其化學基團;而吸收譜帶的吸收強度與分子組成或其化學基團的含量有關，可用作進行定量分析和純度鑒定。

　　紅外光譜儀通過譜圖解析可以獲取分子結構的信息。任何氣態、液態、固態樣品均可進行紅外光譜測定，這是其它儀器分析方法難以做到的。具有用量少、分析速度快、不破壞試樣等特點，使紅外光譜儀成為現代分析化學和結構化學的不可缺少的工具。但對于復雜化合物的結構測定，還需配合紫外光譜、質譜和核磁共振波譜等其他方法，才能得到滿意的結果。

紅外光譜儀分析方法

　　1、比較光譜分析法：這種方法應用比較廣泛，它包括標準試樣比較法和鐵譜比較法。標準樣品比較法一般適用于單項定性分析及有限分析。鐵譜比較法它不但可以做單項測定還便于做全分析。

　　2、譜線波長測量法：光譜分析儀器利用譜線波長測量法進行定性分析是先測出某一譜線的波長，再查表確定存在的元素，這種方法在日常分析中很少使用，一般只是在編制譜圖或者做仲裁分析時才用。

紅外光譜儀的應用

　　紅外光譜儀可應用于染織工業、環境科學、生物學、材料科學、高分子化學、催化、煤結構研究、石油工業、生物醫學、生物化學、藥學、無機和配位化學基礎研究、半導體材料、日用化工等研究領域。

　　紅外光譜儀可以研究分子的結構和化學鍵，如力常數的測定和分子對稱性等，利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構型。根據所得的力常數可推知化學鍵的強弱，由簡正頻率計算熱力學函數等。分子中的某些基團或化學鍵在不同化合物中所對應的譜帶波數基本上是固定的或只在小波段范圍內變化，因此許多有機官能團例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過紅外光譜測定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機官能團，這為Z終確定未知物的化學結構奠定了基礎。