红外光谱分析基本原理及应用
摘要 红外光谱分析技术具有很快速，非破坏性，低成本及同时测定多种成分等特点， 在很多领域得
到了广泛应用。 本文介绍了红外光谱技术的检测原理， 红外光谱仪的构造， 指 出了其检测的优点与不足。 综述了红外光谱法的发展、 应用以及对红外光谱研究前景的展望。 关 键 词 ： 红 外 光 谱 原 理 构 造 发 展
1. 引言
红外光谱法(infrared spectrometry,IR)是根据物质对红外辐射的 选择性吸收特性而建立起来的一种光谱分析方法。 分子吸收红外辐射 后发生振动和转动能级跃迁。 所以，红外光谱法实质是根据分子内部 振动原子间的相对振动和分子转动等信息来鉴别化合物和确定物质 分子结构的分析方法。
2. 红外光谱分析的基本原理
2.1 红外光谱产生的条件 物质分子吸收红外辐射发生振动和转动能级跃
迁，必须满足以下
两个条件：一是辐射光子的能量与发生转动和转动能级跃迁所需的能 量相等；二是分子转动必须伴随有偶极距的变化， 辐射与物质间必须 有相互作用。
2.2 红外吸收光谱的表示方法
红外吸收光谱一般用T_(T曲线或T_入曲线来表示，入与。的关 系式为：
(T (cm-1) =1/ 入(cm)=10八4/ 入(卩 m)
2.3 分子的振动与红外吸收
2.3.1 双原子分子的振动
若把双原子分子 (A-B) 的两个原子看成质量分别为 M1，M2 的两 个小球，中间的化学键看做不计质量的弹簧， 那么原子在平衡位置附 近的伸缩振动可以近似地看成沿键轴方向的简谐振动。量子力学证 明，分子振动的总能量为：
E=(u+1/2)hv
当分子发生△ v=1
的振动能级跃迁时(由基态跃迁到第一激发态)
根据胡克(Hooke)定律它所吸收的红外光波数(T为：
(T = (1/2 n c)V( k/ 卩)
其中：c—光速，3X 10八8cm/s;k—化学键力常数N/cm;卩一两个原子 的折合质量，g,卩=(m1.m2) /(m1+m2)
显然，振动频率。与化学键力常数k成正比，与两个原子的折合 质量成反比。不同化合物k和卩不同，所以不同化合物有自己的特征 红外光谱。
2.3.2 多原子分子的振动
可分为伸缩振动和弯曲振动两类。伸缩振动是指原子沿着键轴方 向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。 弯曲振动是指基团键角发生 周期性变化的振动或分子中原子团对其余部分所做的相对运动。 弯曲 振动键力常数比伸缩振动的小。 因此，同一基团的弯曲振动在其伸缩 振动的低频区出现，所以， 一般不把他做基团频率。多原子的复杂振 动数又叫分子的振动自由度。每一种振动形式都有他特定的振动频 率，即有相对应的红外吸收峰。因此，分子振动的自由度数目越大， 则在红外吸收光谱中出现的峰数也
就越多。
2.4 基团频率与分子结构关系
基团频率可分为官能团区和指纹区。 官能团区就包括了 X-H 键伸 缩振动区( 2500-4000cm-1)，( X 代表 O,N,C,S) ;三键和累积双键区 (2000-2500cm-1);双键伸缩振动区(1500-2000cm-1)。指纹区包括
C-H,N-H键的弯曲振动；C-O,C-N,C-X (卤素原子)的伸缩振动和C-C 骨架
振动。
3 红外吸收光谱仪
3.1 理工作原
从光源出发的红外光谱被分为等强度的两束光： 一束通过样品池， 一束通过参比池然后由折光器送入单色器色散， 扫描电动机控制光栅 或棱镜的转角，使色散光按频率由高到地依次通过出射狭缝聚焦在检 测器上。
3.2 仪器的构成
光源 单色器 样品池 检测器 记录系统
4 红外光谱法的特点
4.1 优点
红外光谱法对气体、液体、固体样品都可测定。它属于非破坏性 检测，可保留样品完整外表而得其内在品质；测量简单、无繁琐的前 处理和化学反应过程； 测试速度快； 对测试人员无专业化要求且单人 可完成多个化学指标的测定；测试过程无污染，检测成本低。
4.2 缺点
物质在红外区吸收弱、灵敏度低；建模难度大，需要有专业人员 和来源丰富的有代表性的样品， 并配备精确地化学分析手段。 每一种 模型
红外光谱的原理及应用综述
