红外吸收光谱法
第一节 概述
一、红外光谱测定的优点
20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期 ，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。红外光谱测定的优点：
1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。
2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。
3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。
4、样品用量小。
二、红外波段的划分
δ=104/λ（λnm δcm -1）
红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外 波段 波长nm 波数cm -1
近红外 0.75~2.5 13300~4000
中红外 2.5~15.4 4000~650
远红外 15.4~830 650~12
三、红外光谱的表示方法
红外光谱图多以波长λ（nm ）或波数δ（cm -1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收―峰‖，其实是向下的―谷‖。一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数
红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A ）或透过率T%表示。峰的强度遵守朗伯-比耳定律。吸光度与透过率关系为
所以在红外光谱中―谷‖越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。
第二节 红外吸收光谱的基本原理
一、分子的振动与红外吸收
任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。
- 1 - 红外光谱的原理
红外光谱技术是一种利用由红外线产生的热光（又称热释射光）来探测和分析物质特性的方法。其特点是可以无接触地测量被测样品，既可以空间上进行物体或液体的测量，也可以进行化学分析、分子检测等任务。它的本质是，当激光照射被测样品时，被测样品就发出红外热释射，而热释射会被特定的光分辨率探头收集，由此可以推测出样品的状态信息。
红外光谱的基本原理可以分为以下四个步骤：
1、发射原理：任何物质，其能量状态都会有所变化，并以热释射方式发射出去；
2、吸收原理：热释射出来的红外光谱，会根据样品的不同状态而被吸收；
3、波长分布：热释射出来的红外光，是根据样品状态的不同而分布的，这就是波长分布；
4、特征吸收波段：样品不同特性的不同状态，会在特定波段发出本身的特定吸收波段，从而确定样品的信息。
红外光谱技术是现代科学技术中重要的一环，由它可以对物质的性质及其状态进行精确的检验，便于工业检测和分析。它应用于生物学、材料科学、化学、农林、矿物等领域，可用于筛选、分离、鉴定、检测、诊断分析、结构建模等工作。与传统的检测方法（如原子吸收光谱分析、热重分析以及气相色谱）相比，红外光谱技术具有快速、准确、可靠、灵敏度高等优点，除此之外，它还具有非接触及易于携 - 2 - 带的优点，因此被普遍应用于现代生产环境、现代军事及科学技术中。
红外光谱技术可以深入分析样品的特性及其状态，用以确定物质检测结果及特性，对物质分类、检测及分析都显得尤为重要。此外，红外光谱技术可用于传感器技术，可被用于远程检测、质量控制以及远程科学研究等领域。它能更加精确地检测和分析物质环境特性，从而促进和改善现代农业、工业和科研的发展。
综上所述，红外光谱技术具有快速、准确、可靠、非接触、可携带等优点，是一项重要的技术，应用于生物学、材料科学、化学、农林、矿物等领域，可用于筛选、分离、鉴定、检测、诊断分析、结构建模等工作，在现代科学技术领域发挥重要作用。
.
;. 1.基本原理
1.1概述
红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”，是分子吸收光谱的一种。它利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质的分子在红外线照射下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。据此可鉴定化合物中各种原子团，也可进行定量分析。
1.2方法原理
1.2.1红外光谱产生条件
每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多
总之，要产生红外光谱需要具备以下两个条件：
a.辐射应绝缘且能满足物质产生振动跃迁所需要的能量；
b.辐射与物质见又相互耦合作用，分子啊在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。
1.2.2应用范围
红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能用该方法进行分析，无机、有机、高分子化合物也都可检测。 .
;. 红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。由于分子中邻近基团的相互作用，使同一基团在不同分子中的特征波数有一定变化范围。此外，在高聚物的构型、构象、力学性质的研究，以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域，也广泛应用红外光谱。
红外光谱波段
红外光谱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，红外光谱波段分为以下三种：
1. 近红外光谱波段。近红外光谱的波段范围介于0.7μm至2.5μm之间。
2. 中红外光谱波段。中红外光谱的波段范围介于2.5μm至50μm之间。
3. 远红外光谱波段。远红外光谱的波段范围介于50μm至1000μm之间。
此外，红外光谱分析法是一种常用的物质定量分析和化合物结构鉴定方法，与紫外吸收光谱分析法、质谱法和核磁共振波谱法一起，被称为四大谱学方法，已成为有机化合物结构分析的重要手段。
按红外光谱吸收峰的来源，可以将2.5~25μm的红外光谱图大体上分为特征频率区（2.5~7.7μm）以及指纹区（7.7~16.7μm）两个区域。
特征频率区中的吸收峰基本是由基团的伸缩振动产生，数目不是很多，但具有很强的特征性，因此在基团鉴定工作上很有价值，主要用于鉴定官能团。如羰基，不论是在酮、酸、酯或酰胺等类化合物中，其伸缩振动总是在5.9μm左右出现一个强吸收峰，大致可以断定分子中有羰基。
指纹区的情况不同，该区峰多而复杂，没有强的特征性，主要是由一些单键C-O、C-N和C-X(卤素原子)等的伸缩振动及C-H、O-H等含氢基团的弯曲振动以及C-C骨架振动产生。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异。这种情况就像每个人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区。指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。
