浅谈红外光谱

Infrared SpectroscopyDalian(116029),China2005-02-25红外光谱（IR）分子振动与红外光谱的基本原理分子中的原子与原子之间的化学键键长、键角不是固定不变的，如同弹簧连接起来的一组球。

整个分子一直在不断的振动着，当一定频率的光经过分子时，就被分子中相同频率的振动的键所吸收，如果分子中没有振动频率相同的键，红外光就不会被吸收。

因此，用连续改变频率的红外光照射样品时，则通过样品槽的红外光有些区域较弱，有些区域较强。

如用频率（v）或波长为横坐标，用透光率（Transmittance，T%）为纵坐标作图，就得到了红外吸收光谱。

可以设想分子中的键与弹簧相似，因此，化学键的振动可按谐振动处理，不同的是化学键振动能量是量子化的。

双原子分子振动的机械模型如下图：子质量（m1与m2）的函数：振动频率如以波数表示，则：分子的振动自由度与峰数分子中键的振动大致可分为伸缩振动和弯曲振动两种，分别以v 和δ表示，如下图所示：伸缩振动引起键长的变化，它们所产生的吸收带在高波数一端，伸缩振动有不对称伸缩和对称伸缩之分，前者在高波数一段。

弯曲振动引起键角的变化，它们的力常数较小，因此它们所产生的吸收带在低波数一端，弯曲振动有面内振动和面外振动之分，前者也在高波数一端。

它们的表示方法如下图：IR谱产生的吸收峰的数目取决于分子振动自由度。

一个原子在空间运动有三个自由度，即向x、y、z三个坐标方向运动，在含有n个原子的分子中，由于当原子结合成分子时，自由度数不损失，所以，分子自由度的总数为3n个。

分子作为一个整体，其运动状态可分为平动、振动及转动三类。

分子自由度数=平动自由度数+转动自由度数+振动自由度数振动自由度数=分子自由度数-平动自由度数-转动自由度数【注意】线性分子的转动自由度为2，非线性分子的转动自由度为3 因此，线性分子振动自由度为3n-5，非线性分子振动自由度为3n-6。

理论上讲，每个振动自由度在红外光谱区都将产生一个吸收峰。

红外光谱分析原理
红外光谱分析是一种常用的无损检测方法，用于确定化学物质的结构和组成。

其原理基于分子的光谱吸收特性，通过测量样品在不同波长红外辐射下的吸收光谱，来识别样品中的化学键和官能团。

红外光谱分析使用的是红外辐射，其波长范围为0.78至1000
微米，对应的频率范围为12800至10波数。

样品与红外辐射
相互作用后，会吸收一部分光谱，形成一个特定的吸收带。

每个分子都有一个独特的红外吸收谱图，因此通过比较样品的红外吸收谱和已知物质的红外谱图数据库，可以确定样品的成分。

红外光谱分析所测量的是样品对不同波长红外辐射的吸收强度。

红外辐射在与样品相互作用时，其能量与样品的分子振动模式相互转移。

不同官能团和化学键的振动会在红外光谱上表现出不同的吸收带，从而反映出样品的化学组成和结构信息。

常见的红外光谱吸收带包括相对于振动的拉伸、弯曲和扭转等模式。

一般来说，红外光谱的吸收带呈现为峰的形式，峰的位置和形状可以提供有关样品成分和结构的信息。

例如，C-H键的伸缩振动在波数范围2800至3000波数之间，C=O键的伸
缩振动在1650至1800波数之间。

红外光谱分析可以应用于各种领域，包括化学、制药、环境监测等。

它是一种快速、准确、无损的分析方法，能够对样品进行定性和定量分析。

此外，红外光谱仪的设备也逐渐变得便携化和小型化，使得红外光谱分析更加便捷和实用。

红外光谱和拉曼光谱的原理与应用光谱学是一门研究物质与辐射相互作用的科学，它可以通过测量物质与辐射的吸收、发射或散射光的能量来研究物质的结构和特性。

其中，红外光谱和拉曼光谱是两种常用的光谱分析技术。

一、红外光谱红外光谱是研究物质与电磁辐射相互作用的一种重要手段。

它利用物质分子的振动和转动引起的入射光吸收现象来分析物质的成分和结构。

在红外光谱中，常用的测量方法有透射法、反射法和散射法。

透射法是红外光谱中最常见的测量方法之一。

通过将待测样品置于光束中，测量光束通过物质后的光强变化，可以得到物质对不同波长的红外光的吸收情况，从而得到红外光谱图谱。

透射法测量速度快，测量结果准确可靠，被广泛应用于材料科学、环境监测、食品安全等领域。

反射法是另一种常用的红外光谱测量方法。

它利用样品对入射光的反射来测量样品的红外光谱。

与透射法相比，反射法无需对样品进行任何处理，能够快速测量样品的红外光谱，适用于表面或薄膜等样品的分析。

散射法是红外光谱中较为特殊的一种测量方法。

它利用样品对入射光的散射来获取样品的光谱信息。

散射法可以用于非晶态、多相和粉末样品的红外光谱测量，并且对样品形态、结构和成分变化不敏感，具有很高的灵敏度和分辨率。

红外光谱在许多领域都有着广泛的应用。

例如，在药物分析中，红外光谱可以用于药物的定性和定量分析，以及药物与载体的相互作用研究。

在环境监测中，红外光谱可以用于水污染和大气污染物的检测和分析。

在食品安全领域，红外光谱可以用于检测食品中的添加剂、农药残留和营养成分等。

二、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量物质散射光的频率变化来分析物质结构和成分的技术。

它是由物理学家拉曼于1928年发现的一种光谱现象，后来被广泛应用于化学、生物和材料科学等领域。

拉曼光谱的测量原理是利用激光照射样品后，样品会散射出经过激光光线与物质相互作用后产生的较高或较低频率的散射光，这些散射光中含有关于样品分子振动和旋转的信息。

通过测量散射光的频率变化，可以获得样品的拉曼光谱图谱。

红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。

1. 概念。

- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。

2. 分子振动类型。

- 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。

例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。

- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。

它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。

以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。

3. 红外吸收的条件。

- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。

具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。

- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。

根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。

二、红外光谱仪及其工作原理。

1. 仪器类型。

- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。

光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。

- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。

光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。

它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。

作为经典、传统的分子结构分析手段之一的红外光谱，已T%时，基线与透过率之差应该不小于60%，且理想谱图的最大经历经百余年的发展。

虽然目前对于未知物质结构的解析多数透过率在10%～20%之间，基线在70%以上。

-1运用质谱、单晶和核磁等仪器，但是这并不意味着红外光谱法（3）水汽和二氧化碳对谱图的影响。

如果在2000 cm ～-1已经在物质结构分析中不起作用，相反地，傅里叶变换红外光2500 cm 之间，毛刺峰较多，可能背景中的CO 有影响，应重新2-1-1-1-1谱是根据物质的分子振动时所吸收的光的频率不同而得到的红扣除背景，如果在4000 cm ～3500 cm 至1900 cm ～1300 cm 外谱图，同一个基团在不同的分子和状态中振动频率不同。

红区域有明显的吸收或者毛刺峰较多，可能为水汽的影响。

外光谱技术因其可以直接、简单、快速、无损地提供丰富的分子结构特征和物质成分信息，并且从分子水平上反映物质的结[1-4]构差异等优势，可为研究物质的性质提供有力的依据，因而它在各个领域仍具有广泛的应用前景。

比如，在化工产品液体[5]石油中某些特定组分含量的测定，半导体产品分析，在刑侦技[6]术领域也发挥着不可小觑的作用，其中孙素琴等在药物分析中 图1 质量较差的红外光谱 图2 研磨不充分样品的红外光谱的应用，另外红外在珠宝鉴定、食品与保健品分析等领域中均扮演着重要的角色。

红外光谱应用较广，我们应该能清楚地判别所测样品的红外谱图质量的好坏，使其能更好的指导我们进行分析测试研究。

然而，样品的制样方法和制备技术对谱图的影响很大，本文将对制样过程的问题进行简单的汇总，希望对实际的仪器使用者和科研工作者提供较好的指导和借鉴作用。

图3 研磨过度样品的红外光谱 图4 样品吸收过强时的红外光谱1 红外谱图质量的评判看一张红外光谱图的质量，主要从以下三个方面进行辨别：基线、谱图整体的吸收强度以及光谱图的噪声。

（1）光谱图基线应该是平直的。

红外光谱的主要特点和应用范围红外光谱是一种利用物质分子之间振动引起的吸收和发射红外辐射进行分析的技术。

它具有许多独特的特点和广泛的应用范围。

本文将就红外光谱的主要特点和应用范围展开探讨。

一、主要特点1. 物质识别能力强：红外光谱可以识别和鉴定各种有机和无机物质。

因为每种物质都有其独特的红外光谱图谱，通过比对与已知物质的红外光谱图谱，可以快速准确地识别未知样品。

2. 非破坏性分析：红外光谱分析无需进行样品的破坏性处理，仅需将样品置于仪器中进行测量，因此不会对样品的完整性产生影响。

这使得红外光谱成为一种无损分析技术，可用于对稀有样品和有历史价值的样品进行分析。

3. 无需样品处理：相比于其他分析方法，红外光谱分析无需对样品进行复杂的处理。

通常情况下，样品只需粉碎或溶解即可直接放入仪器进行测量。

这使得红外光谱成为一种简便快速的分析方法。

4. 高灵敏度：红外光谱分析仪器具有高灵敏度，可以探测到微量的化合物。

这使得红外光谱在药物研发、环境监测和食品安全等领域具有广泛应用。

5. 良好的定量分析能力：通过红外光谱仪器的标定和定量方法的建立，可以实现对样品中特定成分的定量分析。

因此，红外光谱不仅可用于物质的鉴定，还可用于测定样品中某种成分的含量。

6. 高分辨率：现代红外光谱仪器具备较高的分辨率，可以提供更清晰、更准确的红外光谱图谱。

这有助于准确分辨化合物之间微小的差异，从而更加准确地判断物质的性质。

二、应用范围1. 化学领域：红外光谱在化学领域中应用广泛。

它可以用于有机化合物的结构鉴定、无机物质的组成分析和物质纯度的检测。

同时，红外光谱还可以用于观察化学反应的动力学过程和研究物质的变化规律。

2. 材料科学：红外光谱可以用于材料科学中的组成分析、品质检测和性能评估。

例如，通过红外光谱可以确定塑料的类型和组分，检测土壤、水和大气中的污染物质。

3. 医药领域：红外光谱在医药领域中有着广泛的应用。

它可以用于药品的质量控制、鉴别和定量分析，帮助药企提高产品质量。

红外光谱的原理红外光谱是一种用于分析物质结构和成分的重要工具，它利用物质对红外辐射的吸收特性来获取样品的信息。

红外光谱分析是基于分子在吸收红外辐射时发生的振动和转动的原理，通过测定物质在红外光谱范围内的吸收特性，可以得到物质的结构、组成和性质等信息。

红外光谱的原理主要包括以下几个方面：1. 分子振动和转动。

分子在吸收红外辐射时会发生振动和转动。

分子内部的原子围绕共振频率进行振动，而整个分子则围绕其自身的转动轴进行转动。

不同的化学键和官能团对红外辐射的吸收具有特定的频率和强度，因此可以通过观察样品在不同频率下的吸收情况来确定其化学结构和成分。

2. 红外光谱图谱。

红外光谱图谱是以波数（频率的倒数）为横坐标，吸收强度为纵坐标的图谱。

不同的化学键和官能团在红外光谱图谱上呈现出特定的吸收峰，通过对比样品的光谱图谱和标准物质的光谱图谱，可以确定样品的结构和成分。

3. 红外光谱仪。

红外光谱仪是用于测定样品红外光谱的仪器，它通常由光源、样品室、光学系统和检测器等部分组成。

光源产生红外辐射，样品室将样品置于辐射中，光学系统将样品吸收的辐射转换为信号，检测器将信号转化为光谱图谱。

红外光谱仪通常具有高分辨率、高灵敏度和高稳定性，能够准确地测定样品的红外光谱。

4. 红外光谱的应用。

红外光谱在化学、生物、材料、环境等领域具有广泛的应用价值。

在化学分析中，红外光谱可以用于确定化合物的结构和成分；在生物医学领域，红外光谱可以用于检测生物分子的结构和功能；在材料科学中，红外光谱可以用于研究材料的性能和应用；在环境监测中，红外光谱可以用于分析大气、水体和土壤中的污染物。

总之，红外光谱的原理是基于分子在红外辐射下的振动和转动特性，通过测定样品在不同频率下的吸收情况来获取样品的结构和成分信息。

红外光谱具有广泛的应用价值，为化学、生物、材料和环境等领域的研究和应用提供了重要的技术支持。

简述红外光谱的原理和应用1. 红外光谱的原理红外光谱（Infrared Spectroscopy），简称IR光谱，是一种通过分析物质在红外区域的吸收、散射、干涉和光敏特性，来研究物质的结构和特性的技术。

其原理基于红外辐射能与物质发生相互作用时，分子中特定的化学键或功能基团会吸收一定频率的红外辐射，产生特征波长和强度的吸收峰。

红外光谱主要包括近红外光谱（NIR）和中红外光谱（MIR）。

近红外光谱范围通常为800-2500纳米，而中红外光谱范围通常为2.5-20微米。

红外光谱被广泛应用于化学、材料科学、制药、环境监测、食品安全等领域。

2. 红外光谱的应用2.1 有机物分析红外光谱在有机物分析中有着广泛的应用。

有机化合物中的化学键和功能基团在红外光谱中表现出一定的吸收特征。

通过红外光谱的分析，可以确定有机物分子中的官能团、骨架结构和功能基团的种类。

例如，红外光谱可以用来鉴定有机物中的醛基、羟基、羧基等官能团，从而确定有机物的结构和化学性质。

2.2 红外光谱成像红外光谱成像是一种非破坏性的分析方法，通过将红外光谱技术与光学显微镜相结合，可以实现对样品的红外吸收分布图像的获取。

红外光谱成像可以用于药物分析、生物医学研究、化工过程监测等领域。

例如，在药物分析中，红外光谱成像可以用于药片的成分分析和质量控制，提高药物的安全性和稳定性。

2.3 环境监测红外光谱技术在环境监测中有着广泛的应用。

通过红外光谱对大气中的空气污染物进行监测和分析，可以提供关于空气质量的信息。

红外光谱还可以用于水质分析，通过检测水中有机物和无机物的红外吸收特征，可以判断水质是否受到污染和污染程度。

2.4 材料表征红外光谱在材料科学和工程领域的应用非常广泛。

通过红外光谱的分析，可以对材料的结构、成分和性质进行表征。

例如，红外光谱可以用于聚合物材料的表征，通过检测聚合物中的C-H伸缩振动和C=O伸缩振动等特征峰来确定聚合物的结构和组成。

3. 总结红外光谱作为一种非常有用的分析技术，在化学、材料科学、制药、环境监测等领域发挥着重要作用。

红外光谱技术原理
红外光谱技术是一种广泛应用于化学、生物、环境科学等领域的分析方法。

它基于红外光与物质分子之间的相互作用，利用物质分子在红外区域吸收辐射能量的特性，从而获取物质的结构信息和化学组成。

红外光谱技术原理主要包括以下几个方面：
1. 分子振动能级：分子由原子构成，原子内部的电子和原子核之间通过化学键连接。

分子在红外区域的吸收与分子内部的振动有关。

分子振动可以分为对称振动和非对称振动，每种振动模式都对应着一个特定的振动频率。

当物质受到红外光的照射时，与其振动频率相符的红外光会被物质吸收，从而导致红外光谱上出现吸收峰。

2. 分子间和介观样：除了分子内部的振动，物质中的分子还可以通过分子间相互作用产生转动、结晶等其他形式的振动。

这些分子间的相互作用也会对红外光谱产生影响。

此外，红外光谱还可以用来研究介观结构或微观分析样品。

3. 光源和检测器：红外光谱仪通常采用黑体辐射源或者光纤光源作为红外光源。

经过物质吸收和散射之后的红外光进入检测器进行侦测。

常用的检测器包括红外光电倍增管、光导二极管阵列和傅里叶变换红外光谱仪。

4. 光谱图解：红外光谱仪输出的结果通常是一个红外光谱图，其横轴表示红外光波数或波长，纵轴表示吸收强度。

红外光谱
图上出现的吸收峰可以通过对比标准物质的红外光谱和文献数据进行解析，从而确定物质的化学结构和组成。

红外光谱技术原理的研究和应用不仅为各个领域的科学研究提供了强有力的工具，还在医学诊断、材料科学、环境监测等方面具有重要的应用价值。

红外光谱技术的不断发展和改进将进一步促进相关领域的研究和工业应用。